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Propagation de fissure sur tronçon d'os long rainuré
Archive ouverte
Edité par CCSD -
International audience. Un essai de propagation d’une macrofissure dans un tronçon d’os cortical humain est développé dans l’objectif de comprendre les mécanismes de rupture du tissu à cette échelle et d’identifier des propriétés de rupture, prérequis indispensables à une modélisation ultérieure. Une première campagne d’essais a été réalisée sur des segments de diaphyses fémorales entaillés soumis à une flexion trois points [1, 2]. Toutefois, l’orientation de la macrofissure est influencée par l’anisotropie du matériau. Afin d’orienter les processus de rupture dans la direction transversale uniquement, une modification de la procédure d’essai est proposée. Inspirée de travaux bibliographiques [3, 4], les tronçons entaillés sont préalablement rainurés : une gorge hémisphérique est usinée sur la surface externe de l’os afin de guider la fissure dans la direction transversale au niveau de l’entaille. Les précautions prises pour la réalisation de l’essai de flexion trois points garantissent une maîtrise de la procédure de test malgré la variabilité géométrique des spécimens : positionnement et conditions d’appuis des échantillons, alignement des supports du capteur d’ouverture d’entaille, positionnement et hauteur de l’entaille, profondeur uniforme de la gorge. Le vérin est piloté indirectement par l’ouverture d’entaille, via un capteur de déplacement inductif. Une série de cycles de déchargements/rechargements est mise en œuvre afin de suivre les évolutions des quantités résiduelles, de l’endommagement pré-pic et de la propagation de macrofissure en post-pic. Les résultats obtenus sont exprimés en termes de courbes d’effort en fonction de l’ouverture d’entaille. L’exploitation des cycles de charges-décharges ainsi que des ouvertures résiduelles permettent de mettre en évidence le rôle primordial de la fissuration dans les mécanismes de rupture. Les résultats montrent que l’ouverture résiduelle est directement liée au niveau d’affaiblissement structurel, conséquence des processus de fissuration, et qu’aucun mécanisme de plasticité n’est visible à cette échelle. L’analyse de ces cycles permet également d’émettre une hypothèse sur le rôle de contraintes internes résiduelles sur les déformations permanentes. Les résultats montrent également que la rainure permet de guider parfaitement la macrofissure dans la direction transversale et la comparaison avec les résultats sur tronçons non-rainurés montrent bien l’impact de cette modification géométrique du spécimen. En perspective future, cet essai sera utilisé pour l’identification par analyse inverse de propriétés mécaniques dans la direction transversale.
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