Communication

Études du champ de contraintes en 3D autour de défauts dans un solide élastique

Paul Lavallée

Michel Küntz

Membre a labase

Paul Lavallée

Résumé de la communication

Lorsqu’un milieu poreux élastique fragile est soumis à un stress lithostatique ou tectonique, il peut y avoir apparition de fractures à partir des défauts microscopiques comme des pores, inclusions, microcraques, etc. Éventuellement, elles peuvent rejoindre des défauts voisins. Donc, ces nouvelles fractures vont changer la microstructure et la connectivité défauts-espace et peuvent ainsi engendrer la rupture macroscopique de la structure si le milieu est un solide. Il serait intéressant de pouvoir étudier ce phénomène en laboratoire car une analyse détaillée des perturbations du champ de contrainte constitue une étape essentielle dans la prédiction de l’endommagement des milieux élastiques fragiles. Nous avons récemment développé une nouvelle approche expérimentale qui permet de caractériser les états de contraintes et les trajectoires potentielles des fractures dans des matériaux initialement endommagés et sollicités en contrainte plane. Son principe repose sur l'analogie formelle entre les équations gouvernant l’écoulement stationnaire d’un fluide visqueux Newtonien et les équations de l’élasticité. La méthode expérimentale consiste à établir un écoulement stationnaire en 2D en injectant un fluide Newtonien entre les parois d’une cellule de Hele-Shaw. On peut démontrer pour ces conditions limites que les lignes de courant engendrées sont, et par analogie, des trajectoires de la contrainte principale dans un solide élastique sous contrainte uniaxiale. Nous avons introduit des inclusions de caoutchouc représentant les défauts entre les parois de la cellule. Nous avons réussi à mettre en œuvre cette méthode à l’étude d’un champ de contrainte et à la prédiction des dommages en 2D. De plus, cette méthode s’avère très utile pour les milieux contenant de nombreux défauts pour lesquels les autres approches expérimentales deviennent inefficaces. Comme l’analogie doit être valable en 3D, nous travaillons présentement sur l’établissement d’un projet qui consiste à développer une méthode similaire en 3D. Il s’agira de visualiser en 3D les lignes de courant d’un fluide Newtonien autour d’inclusion pour déterminer les états de contraintes et les trajectoires potentielles des fractures dans un milieu poreux. L’aboutissement du projet constituerait un progrès considérable dans le domaine de la mécanique de la fracture. La mesure directe de l’état de contrainte dans les solides est en effet très difficile du fait des nombreuses difficultés techniques et les données expérimentales sont encore très peu nombreuses. Les résultats que nous obtiendrons seront donc pour l’essentiel inédits et contribueront de façon significative à améliorer notre compréhension des processus d’endommagement dans les matériaux fragiles.

Contexte

Section :

Physique

Domaine de la communication :

Physique

Hôte : Université de Montréal

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