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Theses

Cavitation et rupture du Polyamide 6 sous état de contrainte multiaxial en traction monotone, fluage et fatigue. Dialogue entre imagerie 3D et modélisation par éléments finis.

Résumé : De nombreuses structures industrielles soumises à des chargements à long terme statique (fluage) ou cyclique (fatigue) sont constituées de matériaux polymères semi-cristallins. C’est le cas notamment des canalisations et réservoirs sous pression. Il est donc essentiel de traiter les problématiques de durabilité pour être capable d'anticiper et de contrôler leur fin de vie. Par ailleurs, elles présentent généralement des formes complexes et sont soumises à des états de contrainte multiaxiaux.Le matériau de l'étude est un polymère semi-cristallin : le Polyamide 6. Il est caractérisé par la coexistence d'une phase cristalline et d'une phase amorphe qui s'arrangent selon une microstructure sphérolitique.Dans un premier temps, les liens entre comportement mécanique à l'échelle globale de l'éprouvette et les micro-mécanismes de déformation sous-jacents conduisant à la rupture sont établis expérimentalement pour des sollicitations en traction monotone et en fluage qui présentent des résultats similaires puis en fatigue. L'influence de la multiaxialité de l'état de contrainte est étudiée à partir d’éprouvettes axisymétriques entaillées de différents rayons de fond d'entaille et d'éprouvettes « Compact Tensile ». Les phénomènes de cavitation sont caractérisés grâce aux techniques de tomographie et laminographie à rayonnement X synchrotron qui permettent d'observer et de quantifier les distributions spatiales de taux de porosité volumique et le caractère anisotrope des cavités. Et l'analyse des faciès de rupture a permis de mettre en évidence que les mécanismes de croissance et de coalescence de cavités étaient à l'origine de l’amorçage ductile de la rupture.Ensuite, un modèle poro-visco-plastique à deux mécanismes (permettant de différencier le comportement des phases amorphe et cristalline) a été utilisé. Ce modèle permet de reproduire à la fois le comportement global (courbes de chargement) en traction monotone et en fluage mais aussi les distributions spatiales de taux de porosité obtenues expérimentalement. De plus, les calculs par éléments finis permettent d'étudier les distributions spatiales du champ de contrainte et d'établir l'influence de l'état de contrainte sur l'état de cavitation. Les évolutions temporelles en cours de déformation de la pression hydrostatique (ou contrainte moyenne) ont été reliées aux distributions spatiales de taux de porosité volumique. Et l'anisotropie de cavitation (et donc la morphologie et les facteurs de forme des cavités) a été reliée aux évolutions des composantes du tenseur des contraintes de Cauchy. Enfin, la définition d'un critère de rupture en taux de porosité critique a permis de simuler l'amorçage et la propagation de fissures en traction monotone et fluage.
Document type :
Theses
Complete list of metadatas

https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01778515
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Wednesday, April 25, 2018 - 5:22:07 PM
Last modification on : Thursday, April 9, 2020 - 5:08:05 PM
Document(s) archivé(s) le : Tuesday, September 25, 2018 - 10:42:31 PM

File

2017PSLEM038_archivage.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01778515, version 1

Citation

Nathan Selles. Cavitation et rupture du Polyamide 6 sous état de contrainte multiaxial en traction monotone, fluage et fatigue. Dialogue entre imagerie 3D et modélisation par éléments finis.. Matériaux. PSL Research University, 2017. Français. ⟨NNT : 2017PSLEM038⟩. ⟨tel-01778515⟩

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