Phénoménologie de l’amorce et de la propagation de la rupture par fatigue en flexion pure symétrique dans le chlorure de polyvinyle

Résumé

La première partie de l’exposé est la description succincte de la machine spéciale d’essais dynamiques utilisée qui permet, notamment, de réaliser des essais de flexion pratiquement circulaire, en imposant les rotations des extrémités de l’éprovette étudiée.

Dans la seconde partie de la communication, les auteurs présentent les résultats suivants, sur la fracture par fatigue, en flexion circulaire, d’éprouvettes de PVC.

• 1) A température ambiante, dans les conditions des essais (rotations de grande amplitude), se développe, généralement, une seule fissure qui provoque la rupture de l’éprouvette.

• 2) La surface de fracture, dans le cas le plus général, présente quatre zones successives correspondant respectivement à un miroir, une fissure de fatigue, un «sillon plastique» et une rupture fragile.

• 3) En deçà d’une fréquence critique, la longueur de la fissure de fatigue est une fonction décroissante de la fréquence de la sollicitation; au-delà de cette fréquence critique, la fissure de fatique a une longueur pratiquement constante.

• 4) La loi de propagation de la fracture de l’éprouvette en fonction du temps est donnée d’après des observations stroboscopiques.

• 5) Le nombre total de cycles effectués effecturés avant rupture est très variable. Il dépend du temps de formation du miroir.

Summary

Inasmuch as commercial fatigue machines do not have sufficient displacement amplitude for the study of high polymers (rubber, plastics ...), the authors had to design and build an original machine, having a displacement amplitude of up to 4 cm. The range of the test frequencies is between 1.2 and 3.150 c/mn and the maximum force that the machine can develop is 2 000 kg. The tress applied to the test piece is by imposed strain and is quasi-sinusoïdal.

In order to study the flexural behaviour of the test pieces, the authors have designed and executed clamps by means of which the test piece can be strained by a constant bending moment, which is not the case with conventional devices. In addition, this system enables one readily to observe the test pieces during testing by means of a stroboscope having a release controlled by the machine and in particular allows the rates of propagation of the fracture to be studied.

The examination of numerous fatigue-fractured test pieces shows that the fracture surfaaces in general reveal four very different areas that have developed successively: —the mirror, the fatigue fracture itself, then “the plastic furrow” and finally the brittle-fracture region.

The authors have shown the influence of the frequency of stress on the dimensions of these different areas; thus, after a frequency threshold is reached, the “plastic furrow” no longer appears. They have been able to establish a low giving the length of the fatigue fracture itself in relation to the stress frequency.

Finally, the authors have likewise proposed a law giving the length of the fatigue crack with reference to time, of the 1=K(t+t_o)1/2 type.