A2 Fracture

Topique

Une fissure préexistante dans ce métal, lorsque la contrainte qui s'y exerce atteint un certain seuil, cesse de croître lentement et régulièrement et commence à se propager de manière instable, provoquant la rupture catastrophique de la pièce : cette propagation instable d'une fissure préexistante correspond précisément à ce que ce modèle décrit comme une rupture. Le fait que cette fissure préexistante se propage de manière instable, au lieu de s'arrêter une fois sa croissance amorcée, provoque la rupture soudaine du métal, sans aucun signe avant-coureur.

Ce seuil de contrainte à partir duquel la fissure préexistante commence à se propager de manière instable est la contrainte de rupture fragile. Cette contrainte est déterminée, conjointement aux constantes élastiques du métal — déjà établies dans un autre modèle de cet ensemble — et à l'énergie de surface libérée lors de la création des deux nouvelles surfaces de la fissure, selon le critère de Griffith. Le fait que l'énergie de surface de ce métal soit plus élevée, ou que la taille de cette fissure préexistante soit plus petite, implique, selon le critère de Griffith, que la contrainte de rupture fragile nécessaire à sa propagation instable est plus importante.

Cependant, ce même critère de Griffith sous-estime la contrainte de rupture réelle de ce métal car il ne tient pas compte du fait qu'à l'extrémité de cette fissure préexistante, le métal subit une déformation plastique avant la propagation de la fissure, et que ce travail plastique consomme également de l'énergie en plus de l'énergie de surface. Le critère de Griffith-Irwin étend le critère de Griffith initial en ajoutant ce travail plastique à l'énergie de surface déjà prise en compte, afin de s'appliquer aux métaux qui présentent une certaine plasticité à l'extrémité de la fissure, au lieu de se rompre de manière purement fragile. Le fait que ce travail plastique à l'extrémité de la fissure soit plus important implique que, selon ce critère de Griffith-Irwin étendu, la contrainte de rupture requise est également supérieure à celle prédite par le seul critère de Griffith initial. Par conséquent, ce modèle, intégrant la fissure préexistante et la contrainte de rupture fragile à laquelle elle s'est ouverte, exprime le critère de rupture de manière équivalente mais plus pratique : la rupture se produit à l'instant où le facteur d'intensité de contrainte appliqué à cette fissure préexistante atteint la ténacité à la rupture du métal, une grandeur qui résume, en un seul paramètre, l'énergie de surface et le travail plastique considérés par le critère de Griffith et son extension de Griffith-Irwin. Le fait que cette même ténacité à la rupture puisse être estimée, plus simplement mais de manière moins directe, par un autre modèle de cet ensemble – celui qui décrit l'essai de résilience Charpy sur ce métal – fait de cet essai une corrélation expérimentale pratique de cette propriété. De plus, le fait que la fragilisation par l'hydrogène réduise la ténacité à la rupture effective de ce métal, selon un autre modèle de cet ensemble, signifie que ce même critère de rupture est atteint avec un facteur d'intensité de contrainte appliqué inférieur à celui qui prévaudrait en l'absence de cette fragilisation.

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