Vivre avec des fissures : méthodes de calcul en mécanique de la rupture
Vous apprendrez les méthodes de modélisation par éléments finis des fissures ainsi que les paramètres les plus importants de la mécanique de la rupture. Cette formation est proposée sous la forme d'un cours de 3 jour(s).
Durée
3 jours
Prérequis
Connaissances de base d’Ansys Mechanical
Logiciel utilisé
Ansys Mechanical
- Éviter la défaillance de pièces due à la propagation instable de fissures
- Analyse automatique de la progression d’une fissure dans Ansys Mechanical
- Justifier la stabilité d’une fissure par un calcul en mécanique de la rupture
- Calculer la durée de vie résiduelle : définir les périodicités d’inspection
Description
Contrairement à l’analyse mécanique classique avec des contraintes et des déformations, la mécanique de la rupture prend en compte une formation imparfaite du matériau comme des pores, des cavités, des inclusions ou des fissures. Des défauts dans le composant sont acceptés et représentés comme des fissures. Le calcul de la tolérance à l’endommagement offre des outils pour prédire le comportement des fissures sous charge. Cela permet des déclarations sur la sécurité opérationnelle, comme la propagation de fissures stable ou instable et la durée de vie résiduelle, ainsi que d’autres mesures comme les périodicités d’inspection. La directive FKM offre ensuite un soutien dans l’application et l’interprétation de la justification la résistance mécanique à la rupture.
Dans Ansys Mechanical, il existe différentes possibilités de représenter des fissures dans un composant. Dans cette formation, vous apprendrez à connaître les méthodes de modélisation de fissures ainsi que les principaux paramètres liés à la mécanique de la rupture. Un point fort est les possibilités d’analyse automatique de propagation des fissures. En appliquant la justification de la résistance mécanique à la rupture, vous évaluez la stabilité de la fissure dans le composant sous des charges statiques et cycliques et obtenez ainsi des informations précieuses sur la durée de vie résiduelle de votre produit ou la détermination des périodicités d’inspection nécessaires.
Agenda détaillé de cette formation de 3 jours
Jour 1
01 Savoir ce qu’il y a derrière
- Surveiller la défaillance de pièces
- Formation et croissance des fissures
- Questions auxquelles il est possible de répondre grâce à la mécanique de la rupture
- Classifications de la mécanique de la rupture
- Champs de contraintes à l’extrémité de la fissure et défaillance plastique complète
- Exemple de discussion : Analyse 2D avec fissure
02 Quantités caractéristiques de la mécanique de la rupture
- Durée de vie d’un composant
- Types d’amorces de fissures
- Aperçu des paramètres les plus importants pour l'évaluation en mécanique de la rupture
- Calcul du taux de libération d'énergie avec l'intégrale de fermeture de fissure (méthode VCCT)
- Exercice : Feuille de papier déchirée
03 Mécanique de la rupture linéaire élastique (LEFM)
- Comportement d’un matériau linéaire élastique
- Calcul des facteurs d’intensité de contrainte (facteurs K)
- Considération de la taille de la zone plastique à l’extrémité de la fissure
- Application de l'objet "fissure semi-elliptique"
- Atelier : Fissure superficielle semi-elliptique au niveau de raccords tubulaires
04 Fissures dans Ansys Mechanical
- Lois matériaux applicables et formulations d’élément
- Discrétisation à l’extrémité de la fissure
- Augmentation de la précision de résultat avec la méthode Unstructured Mesh Method (UMM)
- Manipulation des diverses formes de fissures dans Ansys Mechanical
- Modélisation de fissures superficielles avec l'objet « Fissure arbitraire »
- Démo : Modélisation et évaluation de fissures superficielles de forme quelconque
Jour 2
05 Mécanique de la rupture élasto-plastique (EPFM)
- Paramètres d’un modèle matériau non linéaire Origine et détermination de l’intégrale J
- Évaluation de la croissance stable d’une fissure grâce aux courbes de résistance à la fissuration
- Exercice : Éprouvette en traction compacte (Compact Tension CT) sous chargement monotone croissant
06 Différence entre LEFM et EPFM
- CTOD (Crack Tip Opening Displacement) : Déplacement de l'ouverture de la pointe de la fissure
- CTOA (Crack Tip Opening Angle) : Angle, Intégrale J
- Conversion des différents paramètres de la mécanique de la rupture
- Concept FAD : évaluation statique selon la directive FKM
- Exercice : Cylindre fissuré : Évaluation de la taille critique des fissures selon le concept FAD
07 Fissures de formes définies par l’utilisateur
- Objet « fissure pré-maillée »
- Définition des zones fissurées et non fissurées via le partage de topologie dans le modeleur.
- Maillage manuel de la pointe de la fissure avec des maillages de contour
- Définition du système de coordonnées de la fissure pour les faces de fissures planes
- Direction locale de propagation des fissures de formes générales
- Exercice : Etude d'un essieu d'excavateur fissuré
08 Flancs de fissures chargés et options de maillage avancées
- Conditions aux limites sur les flancs des fissures
- Paramètres d'analyse pour les modèles de fissures
- Exploitation des symétries
- Construction d'un modèle de fissure à l'aide de l'assemblage de maillages et de la fusion de nœuds
- Demi-symétrie dans les modèles de fissures
- Exercice : piston avec fissure non plane
Jour 3
09 Détermination de la résistance mécanique à la rupture selon la directive FKM
- Aperçu de la directive FKM pour la vérification en mécanique de la rupture
- Utilisation de la directive comme recueil de données utile
- Vérification de la résistance pour les charges statiques
- Durée de vie résiduelle et chargement cyclique
- Exercice : Détermination des facteurs de réserve et de la durée de vie résiduelle d'un cylindre fissuré
10 Propagation des fissures avec SMART sous charge statique
- SMART : Croissance de la fissure par réticulation successive de la pointe de la fissure.
- Simulation de la croissance des fissures sous charge statique
- Recommandations pour le contrôle des charges et des paramètres de résolution
- Évaluation à l'aide de sondes de fracture
- Exercice : cylindre fissuré sous charge statique
11 Croissance des fissures sous chargement cyclique avec SMART
- Recommandations pour les conditions limites et les paramètres de résolution dans des conditions de chargements cycliques
- Comparaison avec les spécifications de la directive FKM
- Définition d'une fissure et de fissures multiples
- Démonstration : Propagation de fissures dans un panneau avec trois fissures
- Exercice : Croissance cyclique d'une fissure sur un cylindre avec SMART
12 Autres possibilités du solveur MAPDL (perspectives)
- Analyse de la défaillance des structures collées : comportement de décollement avec le modèle de zone cohésive (CZM).
- XFEM (eXtended Finite Element Method) : Cartographie et croissance des fissures dans les éléments
- Démonstration : Analyse d'un cylindre fissuré à l'aide de XFEM
Formateurs
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La formation prévoit des exercices intermédiaires et finaux pour la mise en pratique des éléments objets de la formation. Le formateur présentera la résolution de ces exercices et s’assurera de la bonne compréhension de chaque module du cours à l’aide de QCM. Une attestation de formation attestera de la validation de l’évaluation des connaissances pour chaque module et pour la formation globale.
