Viscoplasticité, endommagement, mécanique de la rupture et mécanique du contact

François, Pineau, Zaoui

Description

Concevoir de nouveaux matériaux de structure, allonger la durée de vie des pièces, éviter les ruptures en service font partie des préoccupations majeures des ingénieurs. Une bonne maîtrise du comportement mécanique des matériaux est essentielle pour aboutir à ce résultat. Cet ouvrage aborde ce sujet dans les domaines de la viscoplasticité, de l'endommagement, de la résistance à la fissuration et de la mécanique du contact. Faisant suite à un précédent volume sur le comportement mécanique des matériaux, consacré à l'élasticité et à l'élastoplasticité, il conserve la même démarche qui consiste, en partant des mécanismes actifs à l'échelle microscopique, à remonter aux lois macroscopiques. Le premier chapitre concerne les comportements viscoplastiques qui se manifestent, par exemple, à basse température, par une influence de la vitesse de sollicitation, ou, à haute température, par le fluage sous charge constante. Le deuxième chapitre traite des très nombreux phénomènes d'endommagement que l'on rencontre dans tous les matériaux (métalliques, polymères, verres, bétons ...), comme la cavitation, la fatigue, la corrosion sous contrainte. Le troisième chapitre donne les notions de mécanique de la rupture nécessaires pour comprendre la résistance de la fissuration. Le quatrième chapitre apporte les notions principales de mécanique du contact. Chaque chapitre est suivi d'exercices, énoncés de telle sorte que le lecteur est guidé pas à pas pour trouver la solution. De très nombreuses illustrations facilitent la lecture. Comportement mécanique des matériaux est le fruit du DEA "Mécanique et Matériaux" de la région parisienne. Il s'adresse aussi aux élèves-ingénieurs, ingénieurs et chercheurs. Les développements mathématiques y sont d'un accès facile. Les réelles difficultés, dont la maîtrise n'est pas exempte d'aspects passionnants, résident dans les fréquents changements d'échelle et dans le sens physique auquel il est fait appel.

Sujets

• Mécanique
• Physique de la matière condensée
• Matériau
• Physique

Informations

• Publié par: Hermès - Editions Lavoisier
• Date de parution: 07 avril 2009
• Nombre de lectures: 154
• EAN13: 9782746243231
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 23 Mo

Extrait

COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES MATÉRIAUX
Viscoplasticité,
endommagement,
mécanique de la rupture
et mécanique du contact
Dominique François
André Pineau
André Zaoui
permes Lavoisier Viscoplasticité, endommagement,
mécanique de la rupture et mécanique du contact © LAVOISIER, 2009
LAVOISIER
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ISBN 978-2-7462-2348-6
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Printed and bound in Great Britain by CPI Antony Rowe, Chippenham and Eastbourne. March 2009. Viscoplasticité,
endommagement,
mécanique de la rupture
et mécanique du contact
Dominique François
André Pineau
André Zaoui
cience Lavoisier COMPORTEMEN T MÉCANIQUE DES MATÉRIAUX
Dans la même collection :
Élasticité et plasticité
Dominique François, André Pineau, André Zaoui.
ISBN 978-2-7462-2347-9 Table des matières
Avant-propos 11
Chapitre. Elastoviscoplasticité3
1.1. Introduction
1.2. Résultats expérimentaux caractéristiques 14
1.2.1. Réponse unidimensionnelle5
1.2.1.1. Fluage -—1.2.1.2. Courbes de traction — 1.2.1.3. Relaxation
— 1.2.1.4. Sauts de contrainte en fluage —.2.1.5. Restauration
— 1.2.1.6. Vieillissement —1.2.1.7. Essais cycliques
1.2.2. Réponse sous chargement multiaxial 30
1.2.3. Synthèse 32
1.3. Mécanismes physiques responsables de la viscoplasticité3
1.3.1. Activation thermique de la déformation plastique et viscoplasticité
à basse température
1.3.1.1. Introduction — 1.3.1.2. Formalisme de l'activation thermique
de la déformation plastique — 1.3.1.3. Nature et résistance des obstacles
1.3.2. Modèles physiques de la viscoplasticité à haute température 50
1.3.2.1. Fluage-dislocations — 1.3.2.2. Fluage-diffusion
— 1.3.2.3. Diagrammes de fluage — 1.3.2.4. Superplasticité
1.4. Modèles mécaniques de la viscoplasticité macroscopique 75
1.4.1. Potentiel viscoplastique pour le monocristal6
1.4.2.le pour le polycristal9
1.4.3. Comparaison entre plasticité indépendante du temps
et viscoplasticité 80
1.4.4. Ecriture de lois particulières1
1.4.4.1. Lois sans écrouissage — 1.4.4.2. Lois avec écrouissage
multiplicatif — 1.4.4.3. Lois avec écrouissage additif isotrope
— 1.4.4.4. Lois avec écrouissage additif cinématique — 1.4.4.5. Lois
avec restauration —1.4.4.6. Remarques sur la mise en œuvre des modèles
1.4.5. Traitement simultané de la plasticité et de la viscoplasticité 88
1.5. Méthodes de renforcement des matériaux devant résister au fluage 89
1.5.1. Méthodes de renforcement liées à la diffusion 9
1.5.2. Fluage des solutions solides ;2
1.5.3. Fluage des alliages renforcés par des particules3 6 Comportement mécanique des matériaux
Exercices 95
Chapitre 2. Endommagements 11
2.1. Description des divers types d'endommagement
2.1.1. Généralités
2.1.2. Les clivages et les ruptures apparentées7
2.1.3. Rupture ductile 120
2.1.4. Fatigue3
2.1.5. Fluage
2.1.6. Corrosion sous contrainte et fatigue-corrosion 12
2.1.7. Fragilisation5
2.1.8. Ruptures brutales et ruptures différées8
2.2. Rupture par clivage
2.2.1. Description du clivage
2.2.2. Contrainte théorique de clivage 129
2.2.3. Représentation d'une fissure par des dislocations 13
2.2.4. Rupture par clivage ou rupture intergranulaire ?1
2.2.5. Naissance des clivages 132
2.2.6. Emoussement des clivages
2.2.7. Propagation dess 14
2.2.7.1. Relaxation par glissement de dislocations — 2.2.7.2. Interaction
avec les joints de grains
2.2.8. Rupture des carbures dans les aciers doux4
2.2.9. Les paramètres de la contrainte de clivage5
2.3. Rupture fragile des céramiques7
2.3.1. Caractères de la rupture
2.3.2. Améliorations obtenues en agissant sur les joints de grains 14
2.3.3.ss par incorporation de zircone métastable8
2.3.4.s obtenues par microfissuration 14
2.3.5. Sensibilité au choc thermique 149
2.3.6. Rupture différée des céramiques
2.4. Rupture du verre
2.4.1. Microfissures superficielles
2.4.2. Renforcement par des particules métalliques 150
2.4.3. Rupture différée du verre 151
2.5. Rupture du béton
2.5.1. Description des mécanismes de rupture
2.5.2. Critères de rupture4
2.5.3. Mécanique de l'endommagement6
2.6. Aspects statistiques de la rupture fragile9
2.6.1. Théorie du maillon le plus faible
2.6.2.e de Weibull 16
2.6.3. Relation avec la distribution de microfissures 163
2.6.4. Théorie de Batdorf5
2.6.5. Quelques difficultés6 Table des matières 1
2.7. Rupture des composites 169
2.7.1. Effet des contraintes résiduelles
2.7.2. Composites à fibres longues plus fragiles que la matrice 170
2.7.3.s à fibres courtes, ou à renforts particulates 172
2.7.4. Critères de rupture macroscopique 173
2.8. Rupture ductile des métaux5
2.8.1. Amorçage des cavités
2.8.2. Croissance dess8
2.8.2.1. Cavité isolée — 2.8.2.2. Interaction entre cavités
— 2.8.2.3. Comportement des milieux poreux
2.8.3. Coalescence des cavités 18
2.9. Transition fragile-ductile
2.9.1. Eprouvette lisse9
2.9.2. Effet de la vitesse de sollicitation 190
2.9.3. Effet d'entaille1
2.9.3.1. Généralités — 2.9.3.2. Mécanique des éprouvettes entaillées
— 2.9.3.3. Effet des entailles sur la transition fragile-ductile
2.9.4. Essais de resilience 20
2.9.5. Influence des facteurs métallurgiques 202
2.10. Rupture des polymères 205
2.11. Fatigue
2.11.1. Généralités9
2.11.2. Amorçage des fissures de fatigue 213
2.11.3. Germination et croissance continues des fissures — Equation
de conservation du nombre de fissures6
2.11.4. Fatigue plastique oligocylique 220
2.11.5. Propagation des fissures de fatigue
2.11.6. Influence de la microstructure sur la fatigue 232
2.11.7. Cumul de l'endommagement en fatigue5
2.12. Endommagement en viscoplasticité. Rupture intergranulaire à haute
température 23
2.12.1. Introduction6
2.12.2. Cavitation intergranulaire — Mécanismes 238
2.12.2.1. Germination des cavités — 2.12.2.2. Croissance des cavités
2.12.3. Mesures d'endommagement par fluage et approches
phénoménologiques 260
2.12.3.1. Introduction — 2.12.3.2. Loi de Monkman-Grant
— 2.12.3.3. Courbes isochrones de fluage à rupture sous chargement
multiaxial — 2.12.3.4. Bases de la mécanique de l'endommagement
— 2.12.3.5. Mécanique de l'endommagement et mesures physiques
d'endommagement intergranulaire
2.13. Fragilité intergranulaire 271
2.13.1. La fragilité de revenu réversible des aciers 27
2.13.2. Ségrégation des impuretés sur les joints2
2.13.3. Fragilisation par les métaux liquides8
2.13.4. Surchauffe des aciers8 Comportement mécanique des matériaux
2.14. Fragilisation par l'hydrogène 280
2.14.1. Fragilisation des métaux formant des hydrures 281
2.14.2. Métaux et alliages ne formant pas d'hydrures2
2.15. Corrosion sous contrainte et fatigue-corrosion
2.15.1. Caractères généraux
2.15.2. Mécanismes4
2.15.3. Propagation des fissures7
2.15.4. Facteurs métallurgiques 29
Exercices 293
Bibliographie 311
Chapitre 3. Mécanique de la rupture
3.1. Divers modes de ruine et d'endommagement. Intérêt de la mécanique
de la rupture
3.2. Analyse des fissures en élasticité linéaire bidimensionnelle 315
3.2.1. Notations et hypothèses
3.2.2. Rappels sur les méthodes générales de résolution des problèmes
d'élasticité plane7
3.2.2.1. Déformation antiplane — 3.2.2.2. Déformation plane et contrainte
plane — 3.2.2.3. Problèmes axisymétriques
3.2.3. Singularité du champ des contraintes 320
3.2.3.1. Les trois modes d'ouverture d'une fissure — 3.2.3.2. Introduction
du facteur d'intensité des contraintes, K— 3.2.3.3. Champs de contraintes
et de déplacements — 3.2.3.4. Quelques expressions utiles du facteur
d'intensité de contrainte
3.2.4. Taux de libération d'énergie, G 33
3.2.4.1. Théorie de la rupture fragile par Griffith — 3.2.4.2. Relation entre
G et la complaisance C de la structure — 3.2.4.3. Relation entre K et G
3.2.5. Méthodes de calcul des facteurs d'intensité de contrainte 334
3.2.5.1. Utilisation de solutions existantes. Principe de superposition
— 3.2.5.2. Méthodes expérimentales de détermination du facteur
d'intensité de contrainte — 3.2.5.3. Méthodes numériques de détermination
des facteurs d'intensité de contrainte
3.2.6. Quelques remarques sur les fissures tridimensionnelles 343
3.3. Analyse des fissures en élasto-plasticité. Cas de la plasticité confinée5
3.3.1. Introduction 34
3.3.2. Analyse qualitative de l'écoulement plastique en pointe de fissure.
Cas de la contrainte plane et de la déformation plane 346
3.3.3. Solutions en plasticité confinée8
3.3.3.1. Modèle d'Irwin — 3.3.3.2. Modèle de Dugdale-Barenblatt ou
de Bilby-Cottrel-Swinden
3.4. Introduction à l'analyse des fissures en plasticité étendue 35
3.4.1. Chargement limite 356
3.4.2. Plasticité parfaite. Champ de Prandtl9
3.4.3. Intégrale de contour, / 360
3.4.4. Solution asymptotique. Champ H.R.R3 Table des matières 9
3.5. Résumé sur la mécanique de la rupture en élasticité linéaire
et en comportement non linéaire 366
3.6. Applications de la mécanique de la rupture7
3.6.1. Détermination de la ténacité