A criterion of crack propagation in timber

Abstract

For reasons of likeness with specimens used for the drafting of standards in France, a DCB (Double cantilever beam) specimen has been studied in order to determine its possibilities to estimate the toughness of wood.

Firstly comparison of critical loads of natural cracks and of narrow slits is made.

Secondly, the Rice integral has been evaluated at crack initiation in TL (tangential longitudinal) and RL (radial longitudinal) modes of fracture.

The methods of fitting the energy curves have been compared. Thirdly, the critical stress intensity factor K_IC has also been obtained in these two directions of loading.

Résumé

Les études de mécanique de la rupture appliquées au bois ont permis jusqu’ à ce jour la détermination de facteur d’intensité de contrainte critique K_IC ou de taux de relaxation d’énergie G_c.

Cependant, ces paramètres n’ont une signification rigoureuse que pour la propagation de fissures dans le comaine élastique linéaire. Cette condition limite l’application de la mécanique de la rupture à des variétés de bois dont la rupture est fragile.

Un des buts de cet article est de développer une méthode, la détermination expérimentale de l’intégrale de Rice au moment de l’amorçage de fissuration, qui soit un paramètre significatif dans le domaine non linéaire.

Ainsi, les variétés de bois dont la rupture n’est plus parfaitement fragile soit par nature soit parce que leur teneur en eau est moyenne ou forte peuvent être étudiées.

Pour des raisons de similitude avec une éprouvette déjà utilisée par les normes françaises (NFA 51011), l’éprouvette DCB (double bande en flexion) a été étudiée pour connaître ses possibilités de détermination de la ténacité d’un bois de charpente (Pinus sylvestris).

Tout d’abord, la comparaison des charges critiques obtenues avec des fissures naturelles ou des fentes de scie a été effectuée. Ces charges critiques à l’initiation étaient détectées par l’augmentation brutale de résistance d’une couche de peinture conductrice disposée autour de la fente.

Ensuite, on a déterminé expérimentalement l’intégrale de Rice au moment de cette initiation, pour les modes de propagation RL (radial longitudinal) et TL (tangentiel longitudinal).

Deux méthodes de lissage des courbes de l’énergie ont été envisagées. D’une part, un polynome du 3^e degré, d’autre part une loi puissance entre l’énergie et la longueur de fissure.

On a trouvé pour chaque méthode des valeurs de J_c sensiblement constantes en fonction de la longueur de fissure. Les valeurs de J_c dans la direction RL sont légèrement plus élevées que dans la direction TL.

D’autre part, la loi en puissance donne des valeurs plus optimistes que la loi polynomiale d’environ 20% dans les deux directions.