Nouvelle découverte montre que les fissures de traction peuvent briser les limites de vitesse classique, approchant des vitesses quasi-supersoniques.

27 juillet 2023

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par l'Université hébraïque de Jérusalem

Des chercheurs de l'Institut Racah de physique de l'Université hébraïque de Jérusalem ont fait une découverte qui remet en question la compréhension conventionnelle de la mécanique de la rupture. L'équipe, dirigée par le Dr Meng Wang, le Dr Songlin Shi et le Professeur Jay Fineberg, a expérimentalement démontré l'existence de fissures de traction « supersoniques » qui dépassent les limites de vitesse classiques et se transforment en vitesses quasi supersoniques. Leur article est publié dans la revue Science.

Traditionnellement, les matériaux cassants sont observés en train de se briser par la propagation rapide de fissures. La mécanique de la rupture classique décrit le mouvement des fissures de traction qui libèrent de l'énergie élastique dans une zone localisée à leurs extrémités, limitant leur vitesse à la vitesse d'onde de Rayleigh (CR). Cependant, les récentes découvertes des chercheurs de l'Université hébraïque indiquent un changement de paradigme dans cette compréhension.

En utilisant des matériaux neo-Hookean cassants dans leurs expériences, l'équipe a identifié l'apparition de fissures de traction « supersoniques » qui accélèrent en douceur au-delà de la limite de vitesse classique CR. Étonnamment, ces fissures ont également été observées dépassant la vitesse d'onde de cisaillement (cS). Dans certains cas, les vitesses de ces fissures « supersoniques » approchaient les vitesses d'onde de dilatation, présentant des phénomènes jusqu'alors non observés dans la mécanique de la rupture classique.

Un des aspects les plus remarquables de cette découverte est l'observation selon laquelle la dynamique des fissures « supersoniques » est régie par des principes différents de ceux qui guident les fissures classiques. Ce mode non classique de rupture de traction n'est pas un événement aléatoire ; il est plutôt activé à des niveaux de contrainte critiques qui dépendent des propriétés du matériau.

"Cette découverte représente un changement fondamental de notre compréhension du processus de rupture dans les matériaux cassants", a commenté le Professeur Jay Fineberg, l'auteur correspondant de la recherche. "En démontrant l'existence de fissures de traction "supersoniques" et leur capacité à dépasser les limites de vitesse classiques, nous avons ouvert de nouvelles perspectives pour l'étude de la mécanique de la rupture et de ses applications."

Les implications de cette recherche vont au-delà du domaine de la physique. En montrant que les fissures de traction peuvent dépasser leurs limites de vitesse classiques, les chercheurs ont ouvert la voie à une nouvelle compréhension de la mécanique de la rupture.