Caractérisation thermomécanique et endommagement de membranes sous pression de gaz

Mechanical behaviour and damage of thin sheet under gaseous pressure

ISMEP-LISMMA, 3 rue Fernand Hainaut, 93407 Saint-Ouen, France

Auteur de correspondance : jouinot@supmeca.fr

Reçu : 23 Mars 2007
Accepté : 11 Décembre 2008

Résumé

Les calculs numériques sont de plus en plus performants pour estimer la durée de vie des structures soumises à des sollicitations thermomécaniques. Mais les durées de vie estimées ne sont correctes que si les paramètres nécessaires aux calculs ont été correctement identifiés et mesurés et si toutes les origines de l'endommagement ont bien été considérées. L'essai de disques sous pression de gaz est une technique expérimentale qui permet la caractérisation thermomécanique des matériaux en feuilles dans des conditions très variées : charge croissante (essais de rupture en traction biaxiale à des vitesses de déformation comprises entre 10^-6 et 10⁰ s^-1), charge constante à haute température (fluage sous contrainte élevée), charge cyclique (fatigue mécanique) ; la température peut être choisie entre 20 et 900 °C. La technique révèle rapidement l'endommagement du matériau grâce à la détection sensible de fuites au travers de la membrane par un spectromètre de masses. Nous avons développé une méthode de calcul pour déterminer les propriétés mécaniques rationnelles du matériau. Nous montrons la qualité des résultats obtenus avec cette méthode pour la caractérisation thermomécanique des matériaux en feuilles et sa sensibilité à des paramètres secondaires. La méthode analytique de calcul pourra être optimisée de façon à modéliser au mieux le comportement thermomécanique des matériaux sollicités dans des gammes très larges de vitesse et de température et soumis à différents environnements comme de l'hydrogène gazeux par exemple.

Abstract

Numerical calculations become a more and more efficient way to estimate the lifetime of structures under thermo-mechanical loading. But these life estimations cannot be reliable if the needed parameters have not been correctly identified and measured and if not all the damage causes have been considered. The disk testing under gas pressure is an experimental technique used for the mechanical characterization of thin sheets with various conditions: monotonous loading (biaxial rupture tests at strain rates from 10^-6 to 10⁰ s^-1), constant loading under high stresses (sustained load) at elevated temperature (creep tests), cyclic loading (mechanical fatigue tests); the temperature may be chosen between 20 and 900 °C. The disk testing quickly reveals the damage when crossing cracks through the membrane create leakages detected by a mass spectrometer. Besides, we have developed a calculation method in order to measure the true mechanical properties of the pressurized disk. We evidence the quality of the results obtained with this method in the thermomechanical characterization of thin sheets and its sensitivity to secondary parameters. The analytical method of calculation will be optimized in order to obtain the best modelling of thermomechanical behaviour of materials loaded at temperature and strain rates within very large ranges and subject to different environments as gaseous hydrogen.