Shear fracture

The material aspects of mode II and III fracture in adhesively bonded joints were elucidated for a range of adhesives using DCB type test specimens and scanning electron microscopy. The adhesive thickness was varied from as little as a small fraction of the natural crack tip damage zone to a value large enough to expose the bulk fracture behavior.The fracture process in either mode started with the development of tensile microcracks ahead of the crack tip and continued with the spread of this damage through interfacial microcrack linkage and intralaminar adhesive yielding, of which the severity increased with adhesive ductility. Crack growth occurred when the damage zone became fully matured, at which point stable cracking took place with increasing load.Perhaps the most interesting finding was that irrespective of adhesive mechanical properties, energetically and, in essence, morphologically, the forward and anti-plane shear fracture components coincided. The shear fracture work, G_sc, exhibited a plateau followed by a phase of monotonic decline as the adhesive thickness, t, decreased. In the limit t 0 the shearing and opening fracture works converged to a common, intrinsic value, G_c, that was only a small fraction of the bulk material toughness as identified by the plateau value of G_sc.

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Résumé On a résolu les aspects matériau des ruptures de Modes II et III dans les joints collés, pour une série d'adhésif, en utilisant des éprouvettes d'essai de flexion double cantilever et la microscopie électronique à balayage. On a fait varier l'épaisseur de colle entre une limite minimale correspondant à une faible fraction de la zone d'endommagement à l'extrémité d'une fissure naturelle, et une valeur suffisamment grande pour provoquer une rupture globale.Pour les deux modes, le processus de rupture démarre avec le développement de microfissures de traction en avant de l'extrémité de la fissure, et se poursuit avec l'étalement de cet endommagement au travers des ligaments interfaciaux des microfissures, et avec un cédage intralaminaire de la colle dont l'intensité augmente avec la ductilité de celle-ci. La croissance de la fissure se produit lorsque la zone endommagée atteint une maturité complète, et à ce stade prend place une fissuration stable lorsque s'accroit la charge.Mais la constatation la plus intéressante est peut-être que les composantes de cisaillement de la rupture en amont et antiplanaires coïncident, quelles que soit les propriétés mécaniques de la colle, sous l'angle énergétique et morphologique. Le travail de rupture en cisaillement G_sc fait montre d'un plateau suivi d'une phase de diminution régulière, lorsque décroit l'épaisseur t de l'adhésif. Lorsque t tend vers zero, le travail de rupture en cisaillement et le travail d'ouverture convergent vers une valeur intrinsèque commune G_c, qui n'est qu'une petite fraction de la ténacité globale du matériau, telle qu'elle est identifiée par la valeur plateau de G_sc.