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NOTE DE L'ÉDITEUR
Les normes ISO 179-2 de décembre 1997, ISO 179-2/AC1 de novembre 1998 et ISO 179-2/A1 de juin 2011 citées dans cet article ont été remplacées par la norme ISO 179-2 : Plastiques - Détermination des caractéristiques au choc Charpy - Partie 2: Essai de choc instrumenté (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2005 (Juin 2020).
RÉSUMÉ
L’essai Charpy, proposé il y a plus d’un siècle, fait l’objet d’un regain d’intérêt du fait des développements expérimentaux et des progrès considérables effectués dans le domaine de la modélisation numérique du comportement, de l’endommagement et de la rupture des matériaux. La modélisation numérique permet actuellement de décrire convenablement le comportement élasto-viscoplastique des matériaux, la déchirure ductile et la rupture fragile dans le cadre de l’approche locale de la rupture.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Clotilde BERDIN : Maître de Conférences, École Centrale Paris
-
Claude PRIOUL : Professeur à l’Université Paris 13 (IUT de Saint Denis)
INTRODUCTION
L’essai Charpy, proposé il y a plus d’un siècle, fait l’objet d’un regain d’intérêt du fait des développements expérimentaux et des progrès considérables effectués dans le domaine de la modélisation numérique du comportement, de l’endommagement et de la rupture des matériaux.
La modélisation numérique permet actuellement de décrire convenablement le comportement élasto-viscoplastique des matériaux, la déchirure ductile et la rupture fragile dans le cadre de l’approche locale de la rupture.
Un congrès, à l’occasion du centenaire de l’essai Charpy, a fait le point sur les développements de ses aspects expérimentaux et sur sa modélisation utilisée pour déterminer la transition ductile-fragile de différents matériaux. On souhaite, en général, en tirer des caractéristiques qui permettent le dimensionnement de structure et, en particulier, la résistance à la propagation de fissure, la ténacité.
Ce dossier présente quelques aspects de la modélisation numérique de l’essai Charpy et son utilisation pour prévoir la « ténacité » dans le cadre de l’approche locale de la rupture.
Pour modéliser l’essai Charpy, l’étude de l’influence des conditions suivantes est nécessaire :
-
caractérisation des champs mécaniques et développement de la plasticité ;
-
effets d’inertie ;
-
raideur de la machine d’essai ;
-
conditions de contact ;
-
prise en compte de l’élévation de température due à la déformation plastique et au chargement rapide ;
-
simulation bi ou tri-dimensionnelle ;
-
effet de la déchirure ductile.
On présente ensuite l’application de l’approche locale de la rupture pour prévoir la « ténacité » dans la transition ductile-fragile. On s’intéresse donc aux matériaux présentant de la rupture fragile et ductile, ainsi qu’une transition dans un domaine de température défini.
Les applications traitent du cas des métaux mais la démarche est générale. Dans un premier temps, il est nécessaire de déterminer précisément les variables mécaniques entrant dans le modèle de prévision de la rupture fragile. Ainsi, on présente d’abord la modélisation de l’essai de ténacité et de l’essai Charpy dans le bas de la transition ductile-fragile. On s’intéresse ensuite à l’influence de la déchirure ductile sur le déclenchement du clivage dans le domaine de la transition.
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4. Prévision de la ténacité à partir de la résilience
Lorsque l’on dispose d’une modélisation correcte de l’essai Charpy, on peut envisager d’utiliser cette modélisation pour l’identification de modèles locaux d’endommagement du matériau, pour ensuite les utiliser afin de prévoir les résultats d’un essai de ténacité.
On rappelle qu’il existe trois domaines de température bien distincts, pour les matériaux présentant une transition ductile- fragile, lesquels dépendent des conditions de sollicitation :
-
le palier bas, pour lequel l’énergie dépensée est faible avec des mécanismes de rupture de type clivage ;
-
le palier haut dans lequel on mesure une forte énergie associée à une plasticité étendue ;
-
un domaine de transition pour lequel la déchirure ductile précède la rupture fragile.
On aborde ici essentiellement le bas de la transition ductile-fragile et la transition.
4.1 Palier bas
Dans le palier bas de la transition, on n’observe pas de déchirure ductile préalable à la rupture par clivage. Modéliser la résilience revient donc essentiellement à prévoir le déclenchement de la rupture fragile.
Nous avons vu dans le chapitre 2 qu’un modèle probabiliste était bien adapté à ce phénomène et que le plus utilisé est le modèle de Weibull qui comporte 2 paramètres dans sa version la plus simple : m et
V0 .
Les résultats d’essais de résilience vont servir à identifier ces paramètres. Leur utilisation pour la modélisation de l’essai de ténacité permettra ensuite de déterminer la distribution de ténacité du matériau dans le palier bas.
HAUT DE PAGE4.1.1 Identification des paramètres du modèle de rupture fragile
Le volume élémentaire V0 est le volume qui comporte, en moyenne, un point...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FRANCOIS (D.), PINEAU (A.) - From Charpy to present impact testing. - ESIS Pub. 30, Elsevier, 483 p. (2002).
-
(2) - BESSON (J.) - Local approach to fracture. - Les presses de l’École des Mines de Paris, 428 p. (2004).
-
(3) - BERDIN (C.), HAUSILD (P.) - Damage mechanisms and local approach to fracture, part. I, Ductile fracture. - In Transferability of fracture mechanical characteristics, eds DlouhΔ I., Kluwer academic publishers, 167-180 (2002).
-
(4) - HAUSILD (P.), BERDIN (C.) - Damage mechanisms and local approach to fracture, part. II, Brittle fracture prediction in the ductile-to-brittle transition. - In Transferability of fracture mechanical characteristics, eds DlouhΔ I., Kluwer academic publishers, 181-192 (2002).
-
(5) - BEREMIN (F.M.) - A local criterion for cleavage fracture. - Metallurgical Transactions, 14A, 2277-2287 (1983).
-
(6) - TANGUY (B.), BESSON (J.),...
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