2. Solution de référence#

2.1. Résultats de référence#

2.1.1. Calcul des facteurs d’intensité des contraintes#

La solution de référence pour une fissure débouchante de profondeur a dans une plaque d’épaisseur \(W\) sollicitée en mode \(I\) pur (force \(\sigma\) suivant l’axe \(y\) ) est la suivante:

\({K}_{I}=Y\sigma \sqrt{a}\) , avec \(Y=1.99-0.41\frac{a}{W}+18.7{(\frac{a}{W})}^{2}-38.48{(\frac{a}{W})}^{3}+53.85{(\frac{a}{W})}^{4}\)

Application numérique: pour une fissure de \(15\mathit{mm}\) de profondeur (\(W=72\mathit{mm}\) ) et le chargement \({f}^{0}\) , on obtient \({K}_{I}=2,874\mathit{MPa.}\sqrt{\mathit{mm}}\) .

2.1.2. Calcul des contraintes autour du fond de fissure#

La solution analytique pour la contrainte sur un cercle de rayon \(r\) autour du fond de fissure, obtenue pour une fissure en milieu infini, est la suivante:

\({\sigma}_{\theta \theta }=\frac{{K}_{I}}{4\sqrt{2\pi r}}(3\cos\frac{\theta}{2}+\cos\frac{3\theta }{2})\)

Application numérique: pour le chargement \({f}^{0}\) et pour un rayon \(r={R}_{\mathit{AMORC}}=0,046\mathit{mm}\) , on obtient:

\(\theta =0\) : \({\sigma}_{\theta \theta }=53.5\mathit{MPa}\) ; \(\theta =\pi /2\) : \({\sigma}_{\theta \theta }=18.9\mathit{MPa}\)

2.1.3. Calcul du facteur d’amorçage#

Le facteur d’amorçage associé à la singularité géométrique en \(P\) est calculé analytiquement en suivant la procédure prescrite dans le RCC-M [bib3]. Tous les instants fournis sont considérés comme des extrema locaux et sont donc retenus dans le calcul.

On note \({s}^{0}\) la valeur de \({\sigma}_{\theta \theta }\) relevée à un rayon \(r\) du fond de fissure, à un angle \(\theta\) donné pour le chargement \({f}^{0}\) . On peut construire alors le tableau des amplitudes de variation de \({\sigma}_{\theta \theta }\) pour toutes les combinaisons possibles:

Transitoire 1

Transitoire 2

\({\mathrm{Nb}}_{\mathrm{occur}}=i\)

\({\mathrm{Nb}}_{\mathrm{occur}}=j\)

\(t=0\)

\(t=1\)

\(t=0\)

\(t=1\)

\(t=2\)

Transitoire 1

\({\mathit{Nb}}_{\mathit{occur}}=i\)

\(t=0\)

_

\(100s°\)

\(10s°\)

\(110s°\)

\(50s°\)

\(t=1\)

_

_

\(90s°\)

\(10s°\)

\(50s°\)

Transitoire 2

\({\mathrm{Nb}}_{\mathrm{occur}}=j\)

\(t=0\)

_

_

_

\(100s°\)

\(40s°\)

\(t=1\)

_

_

_

_

\(60s°\)

\(t=2\)

_

_

_

_

_

La prise en compte du rapport de charge \(R\) de chaque combinaison permet de calculer l’amplitude de variation des contraintes efficaces \(\Delta {\sigma}_{\mathit{eff}}\) :

Transitoire 1

Transitoire 2

\({\mathrm{Nb}}_{\mathrm{occur}}=i\)

\({\mathrm{Nb}}_{\mathrm{occur}}=j\)

\(t=0\)

\(t=1\)

\(t=0\)

\(t=1\)

\(t=2\)

Transitoire 1

\({\mathit{Nb}}_{\mathit{occur}}=i\)

\(t=0\)

_

\(100s°\)

\(10s°\)

\(110s°\)

\(50s°\)

\(t=1\)

_

_

\(95,6s°\)

\(22,6s°\)

\(72,1s°\)

Transitoire 2

\({\mathrm{Nb}}_{\mathrm{occur}}=j\)

\(t=0\)

_

_

_

\(105,9s°\)

\(45,6s°\)

\(t=1\)

_

_

_

_

\(83,6s°\)

\(t=2\)

_

_

_

_

_

Le calcul du facteur d’amorçage \(\mathrm{FA}\) s’effectue selon un processus itératif:

  1. identification du transitoire de nombre d’occurrences non nul conduisant au maximum de \(\Delta \sigma_{\theta \theta}\) ;

  2. calcul du facteur d’amorçage élémentaire associé, à l’aide de la loi de fatigue;

  3. réactualisation du nombre d’occurrences de la combinaison traitée.

Deux cas sont successivement étudiés avec les nombres d’occurrences des deux transitoires suivants: \(i=j=1\) et \(i=\mathrm{1 };j=2\) . On note \({N}_{kl-\mathrm{mn}}\) le nombre de cycles admissibles pour la combinaison du \(l\) -ième pas de temps du \(k\) -ième transitoire et du \(n\) -ième pas de temps du \(m\) -ième transitoire (calculé à partie de \(\Delta \sigma_{\theta \theta}\) de cette combinaison et de la loi de fatigue).

1er cas :

\[FA_1 = \frac{1}{N_{11-22}} + \frac{1}{N_{12-21}} + \frac{1}{N_{22-23}}\]

2ème cas :

\[FA_2 = \frac{1}{N_{11-22}} + \frac{1}{N_{11-12}} + \frac{1}{N_{12-21}} + \frac{1}{N_{22-23}}\]

Application numérique: pour la modélisation A de ce cas test, on suppose que \(s°=1\) . On a donc:

\({FA}_{1}=2,005{.10}^{-10}\) ; \({FA}_{2}=2,710{.10}^{-10}\)

Pour la modélisation B, la valeur de \(s°\) dépend de l’angle \(\theta\) , et peut être calculée à l’aide de la formule indiquée dans la Section 2.1.2 .

\[\theta = 0^\circ : \quad \sigma^\circ = 53{,}5 \text{ MPa}, \quad FA_1 = 0{,}607 ; \quad FA_2 = 0{,}819\]
\[\theta = 90^\circ : \quad \sigma^\circ = 18{,}9 \text{ MPa}, \quad FA_1 = 2{,}01 \cdot 10^{-3} ; \quad FA_2 = 2{,}72 \cdot 10^{-3}\]

2.2. Références bibliographiques#

[bib1] W.F. BROWN, J.E. STRAWLEY: «Plane Strain Crack Toughness Testing of High Strength Material», American Society of Testing and Materials, STP 410

[bib2] J.B. LEBLOND: «Mécanique de la rupture fragile et ductile», Lavoisier, Paris, 2003.

[bib3]

RCC-M: «Mécanique de la rupture fragile et ductile», Lavoisier, Paris, 2003.