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Rupture Dynamique des Matériaux Hétérogènes: Fluctuations de vitesse et transferts dynamiques de contrainte dans un matériau élastique en rupture rapide – RuDyMatH

Résumé de soumission

Il existe à l'heure actuelle un cadre théorique cohérent et performant, la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture (MLER) qui permet de décrire la rupture des matériaux : Cette théorie prévoit que l'énergie mécanique relâchée pendant la rupture d'un matériau élastique en contrainte se concentre en pointe de fissure. La vitesse d'avancée celle-ci est alors déterminée de manière à équilibrer ce flux d'énergie avec le taux d'énergie dissipée par la création de nouvelles surfaces. Les prédictions de la MLER se trouvent en très bon accord avec les observations expérimentales tant que la croissance des fissures est suffisamment lente et/ou le matériau considéré suffisamment homogène. Néanmoins, un certain nombre de questions reste pour l'instant sans réponse : (i) lorsque la vitesse du front de fissure dépasse un certain seuil, le front de fissure se fragmente par instabilités de branchement successives, ce qui se traduit par des fluctuations importantes de la vitesse apparente du front qui ne peuvent plus être décrit par la MLER; (ii) une fissure qui se propage dans un matériau hétérogène - et dans n'importe quel matériau observé à l'échelle de la microstructure - se crée une structure qui lui est propre, comme en témoignent les rugosités présentées par les surfaces de rupture. - Si la MLER permet de déterminer dans n'importe quelle géométrie le flux d'énergie mécanique concentrée en tête de fissure, elle ne permet pas de rendre compte de la manière dont la fracture s'étend en réponse à ce flux. Les mécanismes mis en jeux impliquent la structure du matériau à des petites échelles de temps et de longueur, hors d'atteinte de la MLER. Le projet que nous proposons consiste en une investigation expérimentale de ces mécanismes. Nous nous consacrerons plus particulièrement à l'utilisation et à la compréhension des transferts dynamiques de contraintes par ondes acoustiques dans des matériaux vitreux. Dans un premier temps, nous étudierons la réponse d'une fissure se propageant dans un matériau vitreux homogène lorsqu'on la perturbe localement à l'aide d'un pulse acoustique de cisaillement. Cela nous permettra de mieux comprendre comment un front de fissure dynamique soumis à une combinaison des modes I, II et III de rupture choisit sa trajectoire. Dans un deuxième temps, nous mesurerons l'évolution spatio-temporelle du champ de vitesse du front par fractographie par ondes sonores dans des verres homogènes. Nous analyserons en détail la statistique des fluctuations de vitesse, ainsi que son évolution lorsqu'on se rapproche du seuil de déclenchement des instabilités de branchement. Cela nous permettra de mieux comprendre l'origine de ces dernières. Dans un troisième temps, nous examinerons les transferts dynamiques de contrainte induits par l'interaction du front de fissure avec les hétérogénéités du matériau. Enfin, nous nous intéresserons à l'analyse de l'émission acoustique générée par l'avancée d'un front de fissure dans un matériau hétérogène. -

Coordination du projet

Daniel BONAMY (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY

Aide de l'ANR 149 999 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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