Modélisation de la fissuration sous sollicitations de contact des massifs revêtus
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
A two-dimensional model for a cracked coated medium submitted to mechanical and/or thermal loadings is presented. It is based on the superposition principle. The "continuous stress field" corresponding to stress field in the coated body in the absence of cracks is added to the "crack or correcting stress field" corresponding to displacement discontinuities along crack faces that generate stresses. This model is based on Fourier integral transform, continuous dislocation distribution an unilateral contact with friction methods. This new approach allows to calculate accurately, systematically and for an unexpansive computational effort the elastic energy release rate G at crack tips. Crack parallel to the free surface situated either in the coating, at the interface coating/substrate interface or in the substrate and also cracks perpendicular to the free surface located in the coating or in the substrate without crossing the interface can be analyzed. A first coating choice is feasible from mechanical and thermal property and running condition analyses. The sites of the extrema of the continuous shear and tension stresses at the coating/substrate interface were related to critical crack positions for which maximum energy release rate G are obtained. Further, a critical coating depth was defined versus coating and substrate mechanical properties, loading conditions. Finally, a multiple crack parametric study was conducted and devoted to schematic peeling modeling. 2 cracks are considered: one at the coating/substrate interface, the other one perpendicular to the interface, situated in the coating and above the first one. Conditions that may favor the crack junction and leading to a coating spell detachment are studied.
Abstract FR:
Notre travail consiste en l'étude du comportement de massifs revêtus fissurés soumis à des sollicitations mécaniques et/ou thermiques. Un modèle bidimensionnel des massifs revêtus fissurés est proposé. Il repose sur la superposition du champ de contraintes et de déplacements du massif revêtu sans fissure et du champ "correcteur" correspondant aux discontinuités de déplacement associées aux fissures. Notre modèle est basé sur l'utilisation des méthodes de transformation intégrale de Fourier, de distributions continues de dislocations et de résolution du problème de contact unilatéral avec frottement. Par rapport aux méthodes basées sur les éléments finis, cette approche permet une détermination systématique et rapide du problème de contact entre les faces des fissures et du taux de restitution d'énergie élastique à leurs extrémités. La généralité de ce modèle permet d'étudier sous sollicitations mécaniques et/ou thermiques le comportement de fissures parallèles situées dans le substrat, dans le revêtement ou à l'interface revêtement/substrat et de fissures perpendiculaires dans le revêtement ou dans le substrat. Il permet d'effectuer une première sélection de revêtements à partir de la connaissance des sollicitations appliquées et des caractéristiques mécaniques et thermiques du couple revêtement/substrat. L'analyse du champ de contraintes dans le massif revêtu non fissuré a permis de relier les positions des extremums des contraintes de cisaillement et de traction à l'interface revêtement/substrat aux positions critiques d'une fissure à l'interface revêtement/substrat auxquelles correspondraient un taux de restitution d'énergie maximal. Nous avons ainsi montré l'existence d'une épaisseur critique de revêtement vis à vis du risque de délamination. A partir d'une analyse multifissure, nous avons étudié le mécanisme "d'écaillage" du revêtement, schématisé ici par deux fissures, l'une située à l'interface revêtement/substrat, et l'autre dans le revêtement, perpendiculaire à la première. Nous avons cherché à définir sous quelles conditions la jonction de ces fissures va entraîner le détachement d'une particule du revêtement.