Author: Nicolas Lautrou
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Languages : fr
Pages : 157
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Ce travail porte sur l'étude du comportement en fatigue d'assemblages soudés en acier S355NL, représentatifs d'éléments de structures navales. L'objectif est de développer une méthodologie pour estimer la durée de vie à l'amorçage d'une fissure de fatigue pour ce type de structures. L'approche proposée se décompose en deux étapes. Premièrement, un calcul de structure par éléments finis permet d'obtenir les cycles contraintedéformation stabilisés en tout point de l'assemblage soudé pour un chargement d'amplitude constante ou variable. Ce calcul prend en compte le comportement élastoplastique du métal de base, une variation de la limite d'élasticité dans la soudure basée sur des mesures de dureté, la géométrie locale du pied de cordon mesurée sur des photos de profil des éprouvettes, et éventuellement la présence de contraintes résiduelles. Deuxièmement, dans le cas où une adaptation élastique rapide se produit, un post-traitement permet de calculer la durée de vie à l'amorçage d'une fissure de fatigue, par l'utilisation d'un modèle d'endommagement à deux échelles basé sur les travaux de Lemaitre et al.. Les paramètres matériaux de ce modèle ont été identifiés à partir de courbes d'endurance établies pour le métal de base. Pour valider l'approche proposée, des essais de fatigue en flexion quatre points ont été réalisés sur des éprouvettes soudées réalisées par DCNS. Pour compléter l'analyse, des mesures de contraintes résiduelles présentes dans les éprouvettes soudées ont été réalisées par diffraction de rayons X. Les comparaisons entre les durées de vie expérimentales et les durées de vie calculées sont encourageantes pour la campagne d'essais réalisée.
Author: Carole Erny
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Languages : fr
Pages : 146
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Les structures navales sont classiquement assemblées par soudage et demeurent soumises en service à des chargements variables et complexes. Le procédé de soudage entraîne l’apparition de géométries particulières en pied de cordon générant des concentrations de contraintes locales et des variations de propriétés mécaniques au sein de la zone affectée thermiquement. Les joints soudés représentent alors des sites privilégiés d’endommagement par fatigue. Dans un précédent travail, une méthodologie destinée à estimer la durée de vie en fatigue a été développée et mise en œuvre sur des joints soudés bout à bout. Ce présent travail s’attache cette fois à des assemblages plus complexes afin de valider cette méthode et calculer la durée de vie de structures destinées à des applications navales. Tout d’abord, cette méthode repose sur l’étude de l’adaptation élastique de la structure suivie d’un post-traitement destiné à la prévision de la durée de vie à l’amorçage. Une comparaison entre résultats expérimentaux et numériques est proposée et permet de conclure sur la validité de la stratégie proposée pour calculer la durée de vie en fatigue d’assemblages soudés représentatifs de structures industrielles.
Author: Beigang Nie
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Languages : fr
Pages : 458
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Author: Patricia Fesneau-Falbriard
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Languages : fr
Pages : 110
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Des éléments de structures travaillant à haute température, comme le réacteur à neutrons rapides Super-Phénix sont soumis à des sollicitations de fatigue lors des transitoires de fonctionnement et de fluage en régime stabilisé. Ces structures peuvent contenir des défauts, en particulier dans les joints soudés, à partir desquels des fissures sont susceptibles d’amorcer. Cette étude se propose de déterminer les conditions d’amorçage et de propagation d’une fissure de fluage dans un joint soudé d’acier inoxydable austénitique représentatif de la cuve interne du réacteur, à partir d’un défaut initial artificiel créé dans une éprouvette de mécanique de la rupture. Plusieurs positions de défaut par rapport au joint soudé sont étudiées et les résultats sont comparés à ceux du métal de base. Les éprouvettes rompues sont examinées par fractographie et micrographie pour observer les mécanismes d’endommagement et de fissuration dans les joints soudé. Les essais d’amorçage et de propagation de fissures de fluage sont réalisés à charge constante, aux températures de 600°C et 650°C .Une relation entre le temps à l’amorçage ti et le paramètre C*ex , évalué à partir des données expérimentales, est obtenue :ti. c*ex 0.78= constante ; elle est valable dans le domaine de température étudié, quelle que soit la position du défaut initial. Cette relation permet la prévision du temps à l’amorçage en calculant C* analytiquement à partir des lois de comportement du métal de base. Aucune relation n’à pu être établie entre la vitesse de propagation et un paramètre mécanique. Les résultats obtenus sur le joint soudé ne dépendent pas de la position et de l’orientation du défaut initial par rapport au cordon de soudure et se situent dans la bande de dispersion du métal de base ; en effet les éprouvettes sont composées du joint soudé et des tôles adjacentes et le comportement mécanique global est peu affecté par la présence du métal déposé. La rupture présente un caractère intergranulaire dans le métal de base et dans la zone affectée thermiquement et inter dendritique dans le métal déposé. Les observations micrographiques du cheminement de la fissure dans le joint soudé, montrent une localisation préférentielle de l’endommagement et de la rupture par fluage dans le métal déposé proche de la ligne de fusion : la rupture se produit aux interfaces des phases ferrite et austénite. Une meilleure connaissance des lois de comportement des matériaux étudiés (métal de base et métal déposé) devrait améliorer la prévision du temps à l’amorçage par une approche globale simplifiée.
Author: Philippe Darcis
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Languages : fr
Pages : 271
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Les méthodes d'analyse fiabiliste des structures ont fait ces dernières années de grands progrès. Leurs applications aux assemblages soudés soumis à la fatigue se sont avérées particulièrement fructueuses. Pour ce faire, un couplage entre modèles de fatigue et les méthodes fiabilistes est effectué. Dans ce cadre, 4 axes d'études sont développés : 1-La présentation d'un modèle déterministe de fatigue intégrant l'amorçage et la propagation de fissure. Ce modèle permet de prendre en compte les contraintes résiduelles de soudage, le seuil de propagation de fissure et le chargement variable appliqué ; 2-L'étude de l'effet d'une surcharge, et du phénomène de retard, modélisé sur la base d'observations des contraintes résiduelles de compression en pointe de fissure. Une nouvelle méthodologie numérique est développée, elle permet d'évaluer la variation effective du facteur d'instensité de contraintes durant la période suivant la surcharge et jusqu'au retour de vitesse de propagation initiale ; 3-L'évaluation de la probalité de défaillance au cours du temps. Cette analyse intègre la période d'amorçage de fissure et l'effet de retard. L'utilisation, en tant que variables aléatoires, de la durée de vie à l'amorçage d'une part, et la taille de la zone affectée par le retard d'autre part, constitue un des apports majeurs de ce travail ; 4-L'extension de l'approche proposée. Cette extension s'applique d'une part à la modélisation déterministe et d'autre part à la prise en compte d'un nombre important de variables aléatoires. Elle permet de mettre en exergue les variables dont l'influance est la plus significative. Cette extension conduit à une stratégie de dimensionnement à la fatigue. Ces différents axes sont abordés et illustrés au travers d'une application relative à un joint soudé en croix. L'ensemble des travaux a permis la création d'un logiciel d'analyse fiabiliste servant au dimensionnement à la fatigue
Author: Bachir Salhi
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Languages : fr
Pages : 562
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Le comportement de ces joints en service peut être affecté par divers facteurs tels que l'état de contrainte, les transformations structurales provoquées par le soudage, ou la géométrie du joint. Ces types de joints présentent 2 modes de rupture : amorçage et propagation d'une fissure à partir de la racine du cordon de soudure, ou à partir du pied du cordon de soudure. Evaluation de la durée de vie en fatigue de ces joints avec différents manques de pénétration. Courbe délimitant le domaine de rupture en racine et en pied de cordon, en vue d'optimiser le joint soudé
Author: Jishun Xing
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Languages : fr
Pages : 261
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Nous avons développé un modèle base sur la méthode de ligne de ressorts et mis au point l'ensemble des outils informatises, qui permettent de prévoir la propagation d'une fissure dans des joints soudes soumis a la fatigue. Ce modèle relie les configurations successives de la fissure à l'histoire des sollicitations, couvrant l'amorçage, la propagation de fissure en profondeur, puis lorsqu'elle a traverse l'épaisseur de la paroi, la propagation latérale jusqu'a l'instabilité. La validation du modèle conçu a été effectuée par l'application à trois assemblages soudes de configuration géométrique différente: un nœud tubulaire de plate-forme offshore, une liaison de tôle de platelage-auget, et un joint compose de goussets soudes sur une plaque de base. Des essais réalisés en laboratoires sur les éprouvettes choisies ont permis de valider les calculs avec les résultats des tests. Le modèle est bien adapté à la prévision de la fissuration pour des variations modérées des contraintes le long du chemin de la fissure, des modifications devant être introduites en présence de variations rapides des contraintes. L’outil développé dans cette étude, applicable pour un bureau d'étude, sera utile en matière de prévention des risques de rupture des constructions soudées
Author: Komlan Agbessi
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Languages : fr
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Les méthodes de calcul en fatigue à grande durée de vie sont en cours de développement depuis des décennies et sont utilisées par les ingénieurs pour dimensionner les structures. Généralement, ces méthodes se basent sur la mise en équations de quantités mécaniques calculées à l'échelle macroscopique ou mésoscopique. Les critères de fatigue multiaxiale reposent généralement sur des hypothèses de changement d'échelle dont l'objectif est d'accéder à l'état de contraintes ou de déformations à l'échelle du grain. Dans les approches de type plan critique (Dang Van, Papadopoulos, Morel), l'amorçage d'une fissure de fatigue est considéré comme piloté par une quantité mécanique liée à une orientation matérielle particulière (plan critique). Si ces phénomènes sont bien établis dans le cas des chargements uniaxiaux, la nature des mécanismes liés à l'activation des systèmes de glissement, à la multiplicité du glissement et aux différents sites préférentiels d'amorçage de fissures sous chargements complexes reste peu connue.Afin de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement en fatigue multiaxiale, les techniques d'analyse et de caractérisation de l'activité plastique (activation des systèmes de glissements, bandes de glissement persistantes) et d'observation de l'endommagement par fatigue ont été mises en place en se basant principalement sur des observations MEB et analyses EBSD. Ces investigations ont permis de mettre en lumière les effets des chargements non proportionnels sur la multiplicité du glissement sur du cuivre pur OFHC. L'étude statistique des sites préférentiels d'amorçage de fissures montre que les grains à glissement multiple présentent une forte probabilité d'amorçage de fissures, surtout sous les chargements non proportionnels. Nous avons également mis en évidence le rôle des joints de grains et des joints de macle sur le développement de la plasticité à l'échelle de la microstructure. Les résultats expérimentaux sont confrontés à ceux du calcul éléments finis (EF) en plasticité polycristalline sur des microstructures synthétiques 3D semi-périodiques. L'application du critère de Dang Van à l'échelle mésoscopique (le grain) montre une forte variabilité de la contrainte hydrostatique et du cisaillement. Cette variabilité est plus importante pour un modèle de comportement cristallin élastique anisotrope. Le rôle de la plasticité cristalline se révèle secondaire. Ces analyses permettent de remettre en perspective les hypothèses usuelles de changement d'échelle utilisées en fatigue multiaxiale. Enfin, une méthode basée sur la statistique des valeurs extrêmes est proposée pour le dépouillement des calculs EF sur agrégats. Cette analyse a été appliquée sur la contrainte équivalente associée au critère de fatigue de Dang Van pour les calculs d'agrégats polycristallins avec différentes morphologies et orientations des grains. Les effets de la surface libre, du type de chargement et du modèle de comportement mécanique des grains ont été analysés. Les résultats offrent des perspectives intéressantes sur la modélisation de l'amorçage des fissures en fatigue multiaxiale des matériaux et des structures avec une prise en compte de la microstructure.
Author: Christophe Buirette
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La duree de vie en fatigue des assemblages soudes correspond souvent a une duree de vie en propagation de fissures amorcees en pied de cordon a partir de defauts resultant de l'operation de soudage. L'influence de la geometrie locale et des contraintes residuelles est preponderante. La qualite des assemblages soudes bout-a-bout en acier hle s550 etudies ici a pourtant permis de mettre aussi en evidence l'influence de la microstructure. La presente etude est organisee autour de 3 objectifs : le premier objectif concerne la caracterisation du comportement en fatigue des joints bruts. Une methode de detection par jauges collees en pied de cordon est developpee. La reponse des signaux de jauge est etalonnee en fonction de la profondeur de fissure. Un critere d'amorcage est defini et correspond a la transition fissures courtes/fissures longues. Le second est d'etudier l'influence de la microstructure. Les eprouvettes ont ete arasees pour supprimer l'influence de la geometrie du pied de cordon et rainurees de facon a localiser l'amorcage. Le processus de fissuration en surface est suivi grace a la technique des repliques et les chemins de propagation en profondeur sont etudiees sur coupes transverses. Les stades de propagation et les barrieres microstructurales (frontieres de paquets de lattes, ancien grain ) sont identifies. La modelisation des cinetiques de propagation permet de predire les courbes s-n#a et s-n#r, l'amorcage correspondant ici a l'atteinte du seuil microstructural en surface. Le dernier objectif concerne la determination d'un traitement thermomecanique original applicable sur joints bruts, associant un traitement de grenaillage et un traitement de restauration. De nombreux indicateurs (microdurete, observations met) permettent de caracteriser la plage de temperature-temps effective de la restauration et le couple 350c-15 minutes est finalement retenu.
Author: Naman Recho
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Languages : fr
Pages : 189
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Prévision théorique de la rupture d'un élément constructif. Confirmation de la théorie par des analyses numériques et expérimentales. Application à des cas de structures soudées complexes
