Localisation expérimentale des effets 3D et transitoires en pointe de fissure pour différentes vitesses de propagation sur des matériaux fragiles

RésuméL'objet de notre étude est de définir l'étendue de la zone des effets 3D et transitoires proche de la pointe de fissure lors de sa propagation sur des matériaux fragiles (PMMA) en utilisant une méthode optique de mesure. Pour cela, nous employons des éprouvettes de type SEN (Single Edge Notch) sollicitée en mode I suivant un chargement constant σ. Nous mesurons le champ de déplacements hors plan en utilisant l'interférométrie. Nous comparons les données expérimentales du déplacement avec une solution théorique 2D et nous proposons une formulation 3D. La solution 2D caractérise le déplacement hors-plan dans des conditions de contraintes planes. L'expression 3D proposée se base sur des travaux de la littérature ayant permis de mettre en évidence l'apparition des effets 3D pour des fissures stationnaires. Dans notre cas, lors de propagation de fissure, les effets 3D sont toujours présents, mais il faut aussi prendre en comptes les effets transitoires. La présence d'effets 3D et transitoires se traduit par un écartement progressif entre la solution 2D et la formulation 3D lorsque l'on se rapproche de la pointe de fissure. Ainsi, par une étude de l'éloignement entre les deux expressions, nous pouvons déterminer l'étendue de la zone des effets 3D et transitoires en fonction de la vitesse de propagation de la fissure. Des résultats sont montrés pour un essai en statique et deux essais en dynamique. L'analyse des résultats montre que la zone de décrochement des deux expressions, s'étend de manière importante et proportionnellement à la vitesse de propagation de la fissure. Pour citer cet article : S. Hedan et al., C. R. Mecanique 335 (2007).

We propose to use an optical method to define the area of the 3D effects and transient zone near the crack tip during crack propagation in brittle materials (PMMA). For the experimental data, we measure the out-of-plane displacements field by using the interferometry on SEN (Single Edge Notch) specimens loaded in mode I with a constant loading σ. We compare the experimental data of out-of-plane displacements with a theoretical 2D solution and we propose a 3D formulation. The 2D solution characterizes out-of-plane displacements in plane stress. The proposed 3D expression is based on works of the literature relating to the presence of the 3D effects for stationary cracks. In our case, during crack propagation, the 3D effects are always present, but it is also necessary to take into account of the transient effects. The presence of 3D and transient effects results in a progressive gap between the 2D solution and the 3D formulation when we approach the crack tip. So, by a study of the detachment between the both expressions, we can determine the area of the 3D and transient effects zone according to the crack propagation velocity. Results are shown for one static test and two dynamic tests. The analysis of the results shows that the detachment zone of the two expressions is large and proportional to the crack propagation velocity. To cite this article: S. Hedan et al., C. R. Mecanique 335 (2007).