Longitudinal dynamic fracture of polymer pipes

Abstract

To study the rapid crack propagation (RCP) resistance of polymer pipes, an experimental set-up and a numerical model are proposed. The way to solicit polymer pipes, imposed displacements or pressure, is discussed. Indeed, it has been demonstrated that it is necessary to load polymer pipe with imposed displacements and not internal gas pressure. For a pressurised pipe, a relevant estimation of the energy released rate is difficult because of the work of external forces which can not be precisely determined during crack propagation and of course during gas leak. An experimental set-up, with imposed displacements, has been machined to ensure an approximately L = 13R permanent RCP regime with L and R which are, respectively, the length and the radius of the pipe. The energy release rate is then calculated with the help of a finite element procedure knowing the crack tip location.

Pour étudier la résistance à la fissuration rapide (RCP) de tuyaux polymères, un système expérimental ainsi qu’un modèle numérique sont proposés. Le type de sollicitation, déplacement ou pression imposé, de tuyaux à base de matériaux polymères est discuté. En effet, il a été démontré que pour collecter une information sur le matériau il serait nécessaire de pré-contraindre le tube en déplacements imposés et non sous pression. Dans le cas d’un tube sous pression, une estimation convenable du taux de restitution d’énergie G_Id est rendue difficile à cause du travail des forces extérieures qui ne peut, avec les moyens dont on dispose, être déterminé en cours de propagation. Un système expérimental de chargement de tuyaux en déplacements imposés a donc été conçu. Il permet de viser un régime permanent de propagation sur une longueur d’environ 13 fois le rayon du tube. Le taux de restitution d’énergie en régime dynamique est ensuite calculé en tenant compte des effets inertiels à l’aide d’une procédure par éléments finis développée sous CAST3M^© connaissant la position de sommet de fissure en fonction.

Keywords:

• rapid crack propagation
• dynamic fracture
• energy released rate
• polymers
• finite element

Mots-clés:

• fissuration rapide
• rupture dynamique
• taux de restitution d’énergie
• polymères
• éléments finis

Acknowledgement

The authors gratefully acknowledge the support of “Agence Nationale de la Recherche” and especially the collaborators of “Carenco”.