Modélisation d'un choc thermique doux d'un verre S.S.C en utilisant l'approche thermomécanique

Résumé
Dans ce travail, nous avons étudié l'endommagement du verre silico-sodo-calcique (trois différentes épaisseurs : 2mm, 4mm, et 8mm) par choc thermique descendant. Nous avons utilisé l'approche thermomécanique en terme de facteur d'intensité de contrainte en se basant sur un calcul numérique.

Le choc thermique descendant, est la mise en contact brutal d'un échantillon, préalablement chauffé à une température Ti, avec un milieu dont la température Tf est inférieure à Ti. Le gradient thermique engendré induit des contraintes de tension dans les couches superficielles du corps. Ces contraintes peuvent conduire à la rupture du matériau. Les hypothèses prises en compte lors de la simulation sont comme suit :

Le refroidissement des échantillons en verre chauffés à différentes températures, inférieures à sa température de transition, est fait par jet d'air à 20C pendant 6 secondes. Ce temps est suffisant pour que la température des échantillons atteigne l'ambiante. Le coefficient de transfert de chaleur est de 600 W/C.m². Les températures chaudes ont été variées entre 100C et 450C. Lors des calculs, nous avons intégré, l'évolutions en fonction de la température des propriétés thermoélastiques du verre.

Dans un premier temps, nous avons déterminé les températures et les contraintes transitoires dans l'échantillon à tout instant du choc thermique. Ensuite, nous avons déterminé l'évolution du facteur d'intensité de contrainte (FIC) durant le refroidissement.

Enfin, les FIC calculés sont comparés à la ténacité (K1c) du matériau. Cette dernière a été mesurée en utilisant la mécanique linéaire de la rupture. Nous avons vérifié que quand le facteur FIC atteint la valeur de la ténacité dans la zone des défauts critiques, ces derniers se propagent d'une manière brutale causant ainsi la dégradation de l'échantillon. Par cette technique, nous avons directement accès à l'écart de température critique au delà duquel le verre rompt.

Nous avant trouvé qu' un choc thermique effectué à partir d'une température chaude de 250C conduit à des écarts de température coeur - surface plus importants à mesure que l'échantillon est plus épais. Ces conditions engendrent des contraintes transitoires maximales (21.2 MPa, 36 MPa et 56.2 MPa) au premiers instants du refroidissement (0.075 s, 0.23 s et 0.659 s) respectivement pour les épaisseurs 2 mm, 4 mm et 8 mm. L'évolution des facteurs d'intensité de contrainte FIC montre que les défauts préexistants atteignent la longueur la plus grande après choc thermique pour l'échantillon le plus épais. Le choc thermique descendant est plus néfaste pour la plus grande l'épaisseur.