Essais mécaniques sur éprouvettes fissurées

Les précédents résultats de comportement et d’endommagement vont être complétés par une étude de la propagation des fissures dans le PVDF non plastifié. Dans ce but, des éprouvettes DENT (Double Edge Notched in Tension) et des éprouvettes SENB (Single Edge Notched in Bending) vont être employées. Dans un premier paragraphe, nous allons expliciter le choix de travailler en traction sur des éprouvettes doublement entaillées et non simplement entaillées. Ensuite, les résultats de traction sur les DENT seront présentés, puis les résultats de flexion sur SENB. Dans la littérature, les éprouvettes SENT, c’est à dire simplement fissurées, semblent être plus utilisées par les expérimentateurs que les éprouvettes DENT (cf. Figure II.37). Elles ont en effet un avantage pour l’usinage qui est celui de n’avoir à réaliser qu’une seule fissure et de s’affranchir ainsi du risque que les deux fissures ne soient pas parfaitement alignées. Cet avantage expérimental mis à part, elle possède un problème majeur qui est de ne pas garantir un état de contrainte de traction pure dans tout le ligament non fissuré durant tout l’essai [Mai et Powell, 1991]. Il est possible en effet suivant la longueur de la fissure et les dimensions de l’éprouvette d’observer une rotation des deux moitiés de l’éprouvette.

Afin de vérifier cette constatation expérimentale, on utilise le calcul par éléments finis pour montrer qu’une éprouvette SENT peut subir de la flexion en plus de la traction imposée. Par un calcul simple de type élastique, la réponse obtenue pour les deux types d’éprouvettes est comparée. Les conditions de chargement permettent d’imposer une vitesse de 10-3 s-1. L’influence de la taille de l’éprouvette (plus précisément la longueur utile L0), ainsi que l’influence de la longueur de la fissure sont également étudiées. Les calculs sont réalisés jusqu’à 8% de déformation globale (DL / L0 ). Les seules données matériau sont le module d’Young E = 1800 MPa et le coefficient de Poisson n = 0.38. Les calculs utilisent la méthode numérique de Parks qui consiste à calculer le taux de libération d’énergie engendré pour une avancée infinitésimale de fissure [Parks, 1974]. Concernant le maillage des éprouvettes, il est nécessaire de signaler que seul un quart de l’éprouvette DENT est maillé du fait de la symétrie, alors que la moitié de l’éprouvette SENT est maillée. Cette distinction liée à la géométrie a une conséquence non négligeable. En effet, sur la zone maillée de l’éprouvette DENT (cf. Figure II.38, et annexe II.4), on constate que par symétrie, un déplacement nul suivant U1 est imposé pour l’axe de gauche. Par contre, pour l’éprouvette SENT, étant donné que l’éprouvette est maillée sur toute sa largeur, les deux axes sont libres de mouvement suivant cette même direction U1.

 Pour le démontrer, il est possible de recalculer les facteurs géométriques établis par Tada et Paris (cf. Annexe I.2) pour des essais sur DENT et sur SENT en traction pure. La méthode numérique de Parks [Parks, 1974] permet le calcul de G, le taux de libération d’énergie, défini au chapitre I. Les valeurs sont données par unité d’épaisseur, puisque le calcul est réalisé en deux dimensions. On peut accéder proche, entre 1.12 et 1.15. Ainsi, les calculs élastiques effectués ici donnent la même valeur que les tables généralement utilisées. Bien qu’en général les valeurs données dans les tables soient établies pour une longueur utile, ici la variation de L0 ne semble pas avoir de grande influence. En revanche, pour les éprouvettes SENT, fg varie beaucoup suivant la longueur utile : il est compris entre 1.55 et 2.34, pour les deux longueurs utiles extrêmes. Cette première remarque indique déjà une première limitation de la validité de ce type d’éprouvette. De plus, d’après les tables de Tada, fg pour les éprouvettes SENT est normalement de 3.05. Cette valeur est très supérieure à celles obtenues, quelle que soit la longueur utile. Or, la valeur de fg pour ce type d’éprouvette en flexion pure est de 1.49 pour a/W = 0.5. Ainsi, la comparaison des valeurs des calculs et des valeurs théoriques indique qu’une éprouvette SENT subira simultanément des efforts de traction et des efforts de flexion. Découpler les deux états de contraintes est illusoire dans la mesure où ils dépendent de la longueur utile, comme on l’a vu. De même qu’il paraît difficile ensuite d’élaborer des théories de propagation. Ainsi, on choisira de ne travailler que sur des éprouvettes DENT, pour garantir le chargement de traction pure.