Définition d'un critère à partir de la profondeur d'émoussement

Pour définir une ténacité à l'amorçage, plusieurs travaux expérimentaux se sont intéressés à la profondeur d'émoussement (définie sur la figure II.2.1.1-b). Ils ont montré qu'il est difficile de définir une relation entre J et la taille de la zone d'émoussement :

D Broek [II-6] montre par analyse stéréoscopique que la zone d'émoussement n'est pas égale au demi-CTOD, c'est-à-dire que le profil de la zone d'émoussement n'est pas circulaire.

H De plus, le rapport entre la zone d'émoussement et le CTOD semble dépendre de l'état de contrainte en pointe de fissure : Krasowsky et al [II-9] obtiennent un rapport (CTOD/SZW) de A/2 en déformations planes et de 1 en contraintes planes.

La profondeur de la zone d'émoussement semble tout de même intéressante car cette grandeur apparaît sur la courbe J-Aa, étant assimilée à une extension de fissure par les dispositifs expérimentaux de mesure d'avancée de fissure. Deux approches, relativement proches, utilisant cette propriété, sont proposées dans la littérature :

Première approche : estimation de SZWpar une relation linéaire avec J

La première méthode utilise ce qu'on appelle la droite d'émoussement : en s'appuyant sur la relation linéaire entre J et le CTOD, et en considérant un rapport moyen entre le CTOD et la profondeur de la zone d'émoussement SZW, une relation linéaire entre SZW et J est proposée [11-10]. C'est la droite d'émoussement. Par exemple avec la norme CFR [11-11], la droite d'émoussement s'écrit :

7 = 4.1 ^{( T}°^{+ q}" [SZW (II-3)

Puisque cet émoussement est assimilé à une propagation par les systèmes de mesure, la courbe J-Aa suit initialement cette droite d'émoussement. Kolednik et al [11-12] et Amouzouvi et al [11-13] proposent donc de définir la valeur de J à l'amorçage au moment où la courbe J-Aa s'éloigne de cette droite d'émoussement. C'est en utilisant ce principe que Carlson et al [II-14] obtiennent une valeur de la ténacité à l'amorçage sur éprouvette CT qui est indépendante du rapport (a/W), contrairement à celle obtenue selon les normes.

Il reste tout de même deux difficultés : cette méthode relativement simple se heurte, tout comme pour le CTOD, à la dépendance de la relation linéaire entre J et SZW vis-à-vis des propriétés du matériau. De plus, cette relation dépend de l'état de contrainte.

Seconde approche : mesure directe de SZW

Une seconde méthode, largement utilisée en Allemagne, consiste à mesurer la profondeur de la zone d'émoussement SZW et de la reporter sur la courbe J-Aa. La ténacité à l'amorçage est alors donnée par la valeur de J correspondant à une propagation égale à la SZW. Cette grandeur est notée J;. Cette méthode présente l'avantage de ne pas utiliser une relation quelconque entre J et SZW. De plus, il est reconnu que l'état de contraintes devant la pointe de fissure influence l'allure de la courbe J-Aa (voir chapitre II), au même titre qu'il conditionne la profondeur de la zone d'émoussement. Ce paramètre local et cette courbe globale sont donc deux représentations du phénomène de perte de contrainte (voir chapitre I, paragraphe 1.3.2.). Intuitivement, on peut s'attendre à ce que la confrontation de ces deux paramètres conduise à la définition d'une grandeur intrinsèque au matériau.

La transférabilité de J; a été largement étudiée dans la bibliographie, notamment par Eisele et al [11-15]. En travaillant sur la validité des normes en vigueur dans différents pays concernant l'amorçage, ils montrent que seul Ji; tel qu'ils le définissent, est un paramètre transposable dans le cas d'une structure. Dans le cas d'un acier de cuve, Roos et al [11-16]

obtiennent une valeur identique pour J; à partir d'essais de caractérisation sur des éprouvettes CT, DENT et SENT. Cette transposabilité de J; a également été obtenue sur différentes geometries pour un autre acier.

II.2.1.3.Choix du critère d'amorçage

II semble donc possible de définir une ténacité à l'amorçage transférable d'éprouvettes aux structures. Pour cela, deux méthodes sont proposées. L'une basée sur la droite d'émoussement et donc la relation entre le CTOD et J, l'autre à partir de SZW. La seconde Page 63

Chapitre II : Approche énergétique de la déchirure ductile : proposition de critères

approche basée sur la mesure de SZW paraît la plus fiable, car elle ne dépend pas de relations dont les coefficients sont plus ou moins inadaptés au matériau. De plus, elle a fait l'objet d'études approfondies, essentiellement par des laboratoires allemands qui utilisent très souvent Ji pour caractériser l'amorçage.

11.2.2. Vérification de la validité de 7,

Dans ce paragraphe, nous nous attacherons à valider ce concept de J; à partir d'essais réalisés sur éprouvettes CT, sur un piquage sollicité en flexion hors plan et sur anneaux entaillés soumis à un chargement de compression.

II.2.2.1.Présentation de la base de donnée

Le matériau employé est un acier ferritique Tu52-B, (ou acier NFA 49-311, selon la norme AFNOR). Il se présente sous la forme de deux tubes d'épaisseur 36 mm et de diamètre extérieur 220 mm, dont la composition chimique est donnée dans le tableau II.2.2.1-a.

Composant Tableau II.2.2.1-a : Composition chimique de l'acier Tu52-B.

Lors de la caractérisation en traction à température ambiante, il s'est avéré que l'acier du tube 2 présente des propriétés légèrement différentes de celles du tube 1. Le tableau II.2.2.1-b donne les caractéristiques moyennes de traction de chaque tube.

Tubel Tableau II.2.2.1-b : Caractéristiques de traction.

Le piquage est usiné à partir du tube 1. Cet essai est accompagné d'une caractérisation à la déchirure ductile réalisée sur éprouvettes CT normalisées, d'épaisseur B = 12 et 25 mm.

Le détail de ces essais est présenté dans la référence [11-17]. L'essai sur piquage consiste à imposer un chargement de flexion hors plan à un Té en encastrant les deux extrémités du Run et en imposant un déplacement en bout de Branch (figure 11.2.2.2-c). La fissure se trouve au pied de la jonction. Elle a été obtenue à partir d'une entaille, après un chargement de fatigue.

Sa forme est semi-elliptique avec pour profondeur a = 4,2 mm et largeur pour 2.c = 25 mm.

Des éprouvettes CT avec entailles latérales d'épaisseur B = 12 et 25 mm ont été prélevées dans le tube 2, dans lequel ont également été usinés deux anneaux entaillés et sollicités en compression. Ces essais de caractérisation en déchirure ductile du tube 2 et les essais sur anneaux sont détaillés en annexes 1 et 2.