Contribution à l'étude de la prédiction et de l'optimisation des durées de vie des structures en fatigue sous chargement uniaxial et multiaxial PDF Download
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Author: Abdelwaheb Amrouche
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ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 238
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Book Description
Les travaux présentés dans cette Habilitation à Diriger des Recherches s'inscrivent dans le cadre générique de l'endommagement et de la fatigue des matériaux et des structures. Ces travaux traitent en particulier de la prévision de la durée de vie et de son optimisation en présence d'un défaut et sont scindés selon trois thèmes : Thème 1 : Prévision de la durée de vie en fatigue des structures fissurées et réparées par la méthode du trou avec et sans expansion sous sollicitations à amplitude constante. Thème 2: Application d'un nouvel indicateur de dommage en fatigue uniaxiale et multiaxiale sous chargement d'amplitude constante ou variable. Thème 3: Influence de l'endommagement préalable en fatigue sur les propriétés mécaniques de traction statique et dynamique. La réparation par expansion du trou en fond de fissure devient, dans certaines circonstances, une alternative incontournable au remplacement d'une pièce fissurée. La réutilisation sécuritaire après réparation exige des prévisions de durée de vie fiables. Celles ci dépendent des conditions opératoires et du chargement. En pratique, ce dernier est, le plus souvent, d'amplitude variable et multiaxial. La prévision des durées de vie nécessite d'établir une loi robuste de cumul d'endommagement. L'indicateur d'endommagement proposé est facile d'utilisation ne néssitant que la connaissance des courbes (S-N) usuelles et tient compte de l'histoire du chargement. Les prévisions obtenues sont proches des résultats expérimentaux et présentent un écart inférieur par rapport à la loi de Miner et aux nombreuses lois existantes. Le dimensionnement des structures se base sur les propriétés mécaniques du matériau vierge avant toute utilisation. Ces dernières sont affectées par l'endommagement de fatigue et sont sensibles aux vitesses de déformation. Il devient donc nécessaire d'intégrer l'influence d'un préendommagement par fatigue et l'évolution des caractéristiques mécaniques en résultant dans les outils de calcul et de dimensionnement.
Author: Abdelwaheb Amrouche
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Pages : 238
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Book Description
Les travaux présentés dans cette Habilitation à Diriger des Recherches s'inscrivent dans le cadre générique de l'endommagement et de la fatigue des matériaux et des structures. Ces travaux traitent en particulier de la prévision de la durée de vie et de son optimisation en présence d'un défaut et sont scindés selon trois thèmes : Thème 1 : Prévision de la durée de vie en fatigue des structures fissurées et réparées par la méthode du trou avec et sans expansion sous sollicitations à amplitude constante. Thème 2: Application d'un nouvel indicateur de dommage en fatigue uniaxiale et multiaxiale sous chargement d'amplitude constante ou variable. Thème 3: Influence de l'endommagement préalable en fatigue sur les propriétés mécaniques de traction statique et dynamique. La réparation par expansion du trou en fond de fissure devient, dans certaines circonstances, une alternative incontournable au remplacement d'une pièce fissurée. La réutilisation sécuritaire après réparation exige des prévisions de durée de vie fiables. Celles ci dépendent des conditions opératoires et du chargement. En pratique, ce dernier est, le plus souvent, d'amplitude variable et multiaxial. La prévision des durées de vie nécessite d'établir une loi robuste de cumul d'endommagement. L'indicateur d'endommagement proposé est facile d'utilisation ne néssitant que la connaissance des courbes (S-N) usuelles et tient compte de l'histoire du chargement. Les prévisions obtenues sont proches des résultats expérimentaux et présentent un écart inférieur par rapport à la loi de Miner et aux nombreuses lois existantes. Le dimensionnement des structures se base sur les propriétés mécaniques du matériau vierge avant toute utilisation. Ces dernières sont affectées par l'endommagement de fatigue et sont sensibles aux vitesses de déformation. Il devient donc nécessaire d'intégrer l'influence d'un préendommagement par fatigue et l'évolution des caractéristiques mécaniques en résultant dans les outils de calcul et de dimensionnement.
Author: Amar Belloula
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Le but de cette étude est la prédiction de la durée de vie à l'initiation de la fissure d'un contact acier/aluminium sous la sollicitation de fretting fatigue. La prédiction des durées de vie a été déterminée à l'amorçage des fissures en fonction des différents chargements appliqués. Un dispositif expérimental adapté sur un banc d'essai multiaxial de fatigue a été mis au point. Des essais ont été réalisés sur un alliage d'aluminium de la série 6082T6. Les résultats obtenus montrent un abattement de la durée de vie par rapport à la fatigue classique. La modélisation par éléments finis a été menée en utilisant un code de calcul Abaqus. Les champs de contraintes et de déformations identifiés ont été utilisés sur différents critères de fatigue multiaxiale basés sur les plans critiques. Les résultats de la prédiction donne une sous estimation de la durée de vie en fretting fatigue. Ceci est dû aux forts gradients présents dans la zone de contact. La prédiction a été améliorée par couplage d'une méthode de champs moyens avec les critères de fatigue multiaxiale. Les estimations obtenues présentent une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Néanmoins, la taille de la zone d'élaboration optimale semble dépendre du critère de fatigue multiaxiale utilisé et des conditions de chargement appliquées. Cette zone ne semble pas être liée directement avec la microstructure pour le matériau étudié.Dans une structure les sollicitations sont variables. La démarche ci-dessus a été couplée avec deux lois d'endommagement: loi de Miner et loi dite de la contrainte endommagée pour la prédiction avec des chargements par blocs. Les prédictions obtenues sont satisfaisantes.
Author: Sylvain Lambert
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Languages : fr
Pages : 129
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Cette thèse est consacrée au développement d’un outil de pré-dimensionnement par éléments finis pour l’estimation de l’endommagement par fatigue polycyclique de structures linéaires sous chargements multiaxiaux et stationnaires gaussiens. L’état de contraintes atteint dans ces structures étant aléatoire, il devient nécessaire de raisonner en terme de statistique et l’approche spectrale s’avère particulièrement adaptée pour cette situation. Dans ce travail, les méthodes spectrales sont améliorées par la prise en compte des largeurs de bande des spectres de réponses des structures soumises à des chargements nonproportionnels et de moyennes non nulles. Le critère d’endommagement de Sines est retenu. L’étude numérique de la distribution de l’endommagement résultant des incertitudes sur les paramètres matériaux et des applications dans le domaine de l’optimisation des structures sont également abordées.
Author: Bastien Weber
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Languages : fr
Pages : 248
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Le travail présenté traite de la fatigue multiaxiale. Il a pour but l'estimation de la durée de vie de structures industrielles soumises à tout type de chargement, du cas le plus simple, uniaxial et périodique, au cas le plus général et le plus complexe, multiaxial et à amplitude variable. La première partie présente une analyse, à partir d'une recherche bibliographique, des critères de fatigue multiaxiaux en contraintes. Elle regroupe 37 critères classés en trois familles : les critères empiriques, ceux de type plan critique et ceux d'approche globale. 24 critères ont été validés à l'aide d'une banque de données constituée de 233 essais de fatigue multiaxiaux tirés eux aussi de la littérature. La deuxième partie traite de la prise en compte de l'effet du gradient de contrainte dans les critères de fatigue multiaxiaux. Basée sur une proposition existante, l'introduction de l'effet du gradient dans les deux critères du LMSo est réalisée. Ces critères sont validés sur des essais multiaxiaux de flexion-torsion. Une méthode est proposée pour estimer le gradient de contrainte en tout point d'une structure complexe calculée par éléments finis dans le but de pouvoir appliquer ces critères avec gradient au cas des structures industrielles. La dernière partie concerne les évolutions et la validation de la méthode en contraintes d'estimation de durée de vie en fatigue multiaxiale d'amplitude variable proposée par le LMSo. Une première évolution de la méthode est établie. Elle est basée sur le principe du calcul et du cumul de dommage par plan physique. L'étude de l'influence de la variable de comptage, qui permet l'identification et l'extraction des cycles de contraintes de la séquence multiaxiale, aboutit à une seconde évolution, qui permet de s'affranchir du problème du choix de la variable de comptage. Elle réalise, plan par plan, le comptage des cycles, le calcul puis le cumul du dommage. Ces évolutions nécessitent d'utiliser un critère de type plan critique. L'ensemble des travaux est réuni et intégré sous la forme d'un logiciel industriel, Sollife, qui permet de modéliser le comportement en fatigue de structures complexes. Deux exemples industriels valident le logiciel. Les résultats obtenus sont encourageants. Ils montrent l'importance des effets de mise en forme et ouvrent de nombreuses perspectives.
Author: Franck Morel
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Languages : fr
Pages : 288
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Book Description
CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ELABORATION D'UNE METHODE DE CALCUL DE LA DUREE DE VIE A L'AMORCAGE APPLICABLE AU CAS DE LA FATIGUE MULTIAXIALE A GRAND NOMBRE DE CYCLES DES METAUX POLYCRISTALLINS. TOUT AU LONG DE L'ETUDE, UN SOIN PARTICULIER EST APPORTE A LA DESCRIPTION DE L'INFLUENCE DU DEPHASAGE SUR L'ACCUMULATION DU DOMMAGE. AU COURS D'UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE, DIFFERENTS CRITERES D'ENDURANCE ET QUELQUES METHODES DE CALCUL DE LA DUREE DE VIE CONCERNANT LES CHARGEMENTS D'AMPLITUDE VARIABLE SONT DECRITS. LES PROPOSITIONS ISSUES DE L'APPROCHE MICROSCOPIQUE SONT ANALYSEES EN DETAIL. POUR ETABLIR LA NOUVELLE METHODE, LA DEFORMATION PLASTIQUE MICROSCOPIQUE ACCUMULEE EST CHOISIE COMME VARIABLE DE DOMMAGE. SON CALCUL NECESSITE LE REPERAGE DU PLAN SUBISSANT LE PLUS GRAND DOMMAGE. APRES LA PRESENTATION DES ETAPES DU CALCUL DANS LE CAS DES CHARGEMENTS MULTIAXIAUX SINUSOIDAUX ET UNE CONFRONTATION ENCOURAGEANTE AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX, LA METHODE EST ETENDUE AUX CHARGEMENTS MULTIAXIAUX QUELCONQUES. UNE NOUVELLE PROCEDURE D'EQUIVALENCE DESTINEE AU CONTROLE DE LA TENUE EN FATIGUE DES STRUCTURES EST PROPOSEE. FINALEMENT, DES ESSAIS SOUS CHARGEMENT D'AMPLITUDE VARIABLE SONT ENTREPRIS AFIN DE VALIDER EXPERIMENTALEMENT LA METHODE PRESENTEE. LE MATERIAU TESTE EST UN ACIER A HAUTE RESISTANCE DE TYPE 35NCD16 ET LE CHARGEMENT APPLIQUE EST UNE SEQUENCE STANDARD AUTOMOBILE (CARLOS). POUR TROIS TYPES DE SOLLICITATION (TRACTION, TORSION ET TRACTION-TORSION), ON CONSTATE QUE LES PREVISIONS DU MODELE SONT EN BON ACCORD AVEC LES DUREES DE VIE EXPERIMENTALES
Author: Chen Shen
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Languages : fr
Pages : 362
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Book Description
Ce travail constitue une contribution à l’étude de l’effet du cumul de dommage en fatigue multiaxiale polycyclique des matériaux métalliques (l’alliage d’aluminium 6082T6). Généralement, cet effet peut être interprété par différentes approches des lois de cumul d’endommagement. En 2003, Mesmacque et Santos Garcia ont développé une nouvelle loi, damage stress model (DSM), en introduisant un nouvel indicateur non linéaire de dommage dans le cas de fatigue uniaxiale. Cet indicateur ne nécessite que la connaissance de la courbe de Wöhler et la résistance maximale du matériau. Le travail présenté ici constitue une extension du modèle DSM au cas de la fatigue multiaxiale. Cette extension est rendue possible par l’utilisation de critères de fatigue multiaxiale de Sines, DangVan et Robert à durée de vie limitée et par la mise en œuvre d’une méthode d’itération programmée sous Matlab fournissant les indicateurs de dommage. Elle ne nécessite aucun paramètre supplémentaire mise à part la connaissance de la courbe de Wöhler uniaxiale. Les résultats des travaux expérimentaux en fatigue biaxiale, qui ont servi de support pour la validation de notre modèle ainsi que la comparaison avec le modèle de Miner, ont été obtenus grâce à la plateforme d’essais multiaxiaux à quatre vérins à implantations modulaires. Une base de données expérimentale est disponible pour chargement biaxiale effectués sur des éprouvettes cruciformes amincies au centre. Par ailleurs, une simulation numérique sous Abaqus a permis d’accéder au champ de déformation/contrainte au centre. Les résultats de cette simulation ont été corroborés à l’aide d’une éprouvette instrumentée par des jauges de déformation.
Author: BIENVENU.. KENMEUGNE
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Languages : fr
Pages : 288
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Book Description
LE TRAVAIL PRESENTE DANS CETTE THESE CONCERNE L'OPTIMISATION DES CRITERES DE FATIGUE EN CONTRAINTE ET UNE NOUVELLE METHODE GENERALE D'ESTIMATION DE DUREE DE VIE EN FATIGUE MULTIAXIALE D'AMPLITUDE VARIABLE. IL COMPORTE TROIS PARTIES PRINCIPALES: LA PREMIERE PARTIE TRAITE D'UN PASSAGE CONTINU ENTRE LES DEUX APPROCHES PROPOSEES PAR LE LABORATOIRE (APPROCHE GLOBALE ET CELLE DITE DU PLAN CRITIQUE), D'UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DE L'INFLUENCE EN FATIGUE DES FORTES CONTRAINTES MOYENNES DE COMPRESSION, ET D'UN NOUVEAU CRITERE D'APPROCHE GLOBALE METTANT SUR UN PLAN D'EGALITE TOUS LES PLANS PHYSIQUES POSSIBLES. LA DEUXIEME PARTIE DU TRAVAIL CONCERNE L'OPTIMISATION DES TEMPS DE CALCUL DES CRITERES PAR LE BIAIS DE DIVERS ALGORITHMES DE DETERMINATION DES PARAMETRES DES CONTRAINTES ET L'OBTENTION DU PLAN CRITIQUE OU DE L'INDICE DE FATIGUE DU CRITERE, SUIVANT L'APPROCHE UTILISEE. LE TRAVAIL REALISE A PERMIS DE DIMINUER FORTEMENT LES TEMPS DE CALCUL SANS ALTERER LA PRECISION DES RESULTATS OBTENUS. LA DERNIERE PARTIE DE CETTE THESE CONSISTE A PROPOSER ET VALIDER UNE NOUVELLE METHODE D'ESTIMATION DE DUREE DE VIE EN FATIGUE MULTIAXIALE D'AMPLITUDE VARIABLE, GRACE A UNE NOUVELLE VARIABLE DE COMPTAGE DES CYCLES, PLUS PHYSIQUE QUE CELLE EMPLOYEE JUSQU'ALORS ET AMELIORANT SA REPRESENTATIVITE DU CARACTERE CYCLIQUE DES SOLLICITATIONS. CE TRAVAIL PERMET AUJOURD'HUI A LA METHODE GENERALE DU L.M.SO. D'ETRE EXPLOITABLE EN MILIEU INDUSTRIEL GRACE A UN GAIN DE PLUS DE 99% DES TEMPS DE CALCUL PAR RAPPORT A CE QUI EXISTAIT AUPARAVANT
Author: Jean-Louis Robert
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Languages : fr
Pages :
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Book Description
LA FINALITE DE CETTE THESE CONCERNE L'ESTIMATION DE LA DUREE DE VIE EN FATIGUE MULTIAXIALE SOUS CHARGEMENT ALEATOIRE. L'IDEE DE BASE, QUI EST D'ADAPTER LES CRITERES DE DUREE DE VIE ILLIMITEE ET LES METHODES DE COMPTAGE RAINFLOW A CE PROBLEME, REQUIERT DONC UNE ETUDE PREALABLE DANS CES 2 DOMAINES. D'ABORD 5 CRITERES CLASSIQUES DE FATIGUE POUR DES SOLLICITATIONS PERIODIQUES MULTIAXIALES SONT ANALYSES. UN NOUVEAU CRITERE EST FORMULE, A PARTIR DES COMPOSANTES NORMALES ET TANGENTIELLES S'EXERCANT SUR LA FACETTE CRITIQUE. LA COMPARAISON DE TOUS LES CRITERES EST ETABLIE A L'AIDE DE 100 ESSAIS DE LA LITTERATURE. NOTRE PROPOSITION EST PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTEE AU CAS DES ESSAIS A DIRECTIONS PRINCIPALES DES CONTRAINTES FIXES. L'ANALYSE CRITIQUE DE 4 METHODES DE COMPTAGE DE TYPE RAINFLOW EST ENSUITE MENEE ET ABOUTIT A UNE NOUVELLE PROCEDURE SIMPLIFIEE. DEUX METHODES DE COMPARAISON SONT DEVELOPPEES: CUMULATIFS RAINFLOW TRAITES A L'AIDE D'UNE LOI DE DENSITE DE PROBABILITES ET DUREES DE VIE THEORIQUES AVEC APPROCHE LINEAIRE OU NON. DES SPECTRES ENREGISTRES SUR DES PIECES DE CAMION ILLUSTRENT CES DEMARCHES. UNE METHODE DE CALCUL DE LA DUREE DE VIE DANS LE CAS DE LA FATIGUE MULTIAXIALE ALEATOIRE EST PROPOSEE. VARIABLE DE COMPTAGE ET CRITERE, BASES L'UNE ET L'AUTRE SUR LA CONTRAINTE TANGENTIELLE OCTAEDRIQUE, SONT PRESENTES. LES CALAGES SONT EFFECTUES SUR LES ESSAIS DE LA PREMIERE PARTIE, UNE APPLICATION EST REALISEE SUR LES SPECTRES DE LA SECONDE
Author: EMMANUELLE.. SALLE VIDAL
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Languages : fr
Pages : 270
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Book Description
CETTE THESE PRESENTE UN OUTIL D'ESTIMATION DE LA DUREE DE VIE EN UN POINT D'UNE STRUCTURE OU LES CONTRAINTES SONT MULTIAXIALES ET D'AMPLITUDE VARIABLE. LA CONTRAINTE TANGENTIELLE OCTAEDRIQUE SIGNEE EST UTILISEE COMME VARIABLE DE COMPTAGE. SON EVOLUTION CORRECTE AU COURS DU TEMPS EST ASSUREE PAR LA CONTINUITE DU MOUVEMENT DU REPERE PRINCIPAL OBTENU GRACE A LA REORGANISATION DES ELEMENTS PRINCIPAUX. A UN CYCLE EXTRAIT DE LA VARIABLE DE COMPTAGE EST ASSOCIE UN CYCLE DE CONTRAINTE. UN CRITERE DE FATIGUE DE CARACTERE GLOBAL PERMET DE TROUVER LA DUREE DE VIE CORRESPONDANT A UN CYCLE GRACE A UNE METHODE IMPLICITE. TROIS NOUVELLES POSSIBILITES DE CALAGE DU CRITERE SONT PROPOSEES. LES MODELES ET HYPOTHESES NECESSAIRES A LA MISE EN UVRE DE LA METHODE IMPLICITE SONT DONNES ET LEURS EFFETS SUR LE CALCUL DE LA DUREE DE VIE ETUDIES. LE DOMMAGE EST CALCULE PAR LA LOI DE MINER ET EST ENSUITE CUMULE LINEAIREMENT. LES DIFFERENTS MODULES DE LA METHODE ONT ETE MIS EN UVRE DANS UN LOGICIEL. DES ESSAIS MULTIAXIAUX SOUS CONTRAINTES PERIODIQUES ET D'AMPLITUDE VARIABLE SONT UTILISES POUR LA VALIDATION EXPERIMENTALE DU MODELE. LES DUREES DE VIE PREDITES SONT EGALES OU INFERIEURES AUX DUREES DE VIE EXPERIMENTALES DANS UN RAPPORT DE 1 A 5. AINSI LA METHODE PROPOSEE ETEND DE L'UNIXIAL AU MULTIAXIAL LE CALCUL DE DUREE DE VIE SANS ALTERER LA PRECISION HABITUELLE INHERENTE A LA FATIGUE
Author: DIDIER.. ARGENCE
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 189
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Book Description
L'ETUDE PORTE SUR L'IDENTIFICATION ET LA MESURE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENTS COUPLES DE FATIGUE ET DE FLUAGE SOUS CHARGEMENT MULTIAXIAL DE TRACTION-TORSION. DANS CETTE ETUDE, NOUS NOUS INTERESSONS A L'ENDOMMAGEMENT PRESENT DANS DIFFERENTS COMPOSANTS UTILISES POUR LA CONSTRUCTION DES CENTRALES NUCLEAIRES DE LA FILIERE DES SURGENERATEURS (PHENIX ET SUPERPHENIX). CES COMPOSANTS SONT SOUMIS, AU COURS DE LEUR DUREE D'EXPLOITATION, A DES CHARGEMENTS MULTIAXIAUX DU TYPE FATIGUE (ENDOMMAGEMENT TRANSGRANULAIRE) ET FLUAGE (ENDOMMAGEMENT INTERGRANULAIRE). POUR PREVOIR LEUR DUREE DE VIE, L'ESSENTIEL DES APPROCHES PHYSIQUES DECRITES DANS LA LITTERATURE CONSIDERE UNIQUEMENT LA PROPAGATION D'UNE SEULE FISSURE. POUR ETRE PLUS REPRESENTATIF DES CONDITIONS REELLES D'ENDOMMAGEMENT, NOUS PROPOSONS DE PRENDRE EN COMPTE NON PAS UNE FISSURE MAIS LE COMPORTEMENT COLLECTIF D'UNE POPULATION DE FISSURES. CETTE APPROCHE POSSEDE DEUX AVANTAGES PRINCIPAUX. ELLE PERMET, D'UNE PART, DE MONTRER L'INFLUENCE DE L'ORIENTATION DE L'ENDOMMAGEMENT SUR LA DUREE DE VIE DU MATERIAU ET, D'AUTRE PART, DE TRAITER DES INTERACTIONS ENTRE DEFAUTS. POUR ETUDIER CES DEUX ASPECTS, NOUS AVONS REALISE DIFFERENTS TYPES D'ESSAIS MECANIQUES A HAUTE TEMPERATURE (650C) SUR DES EPROUVETTES TUBULAIRES MINCES, SOIT : - DES ESSAIS DE FATIGUE CONTINUE ET DE FATIGUE-RELAXATION EN TRACTION-COMPRESSION ET EN TORSION, - DES ESSAIS EN SEQUENCE QUI CONSISTENT A APPLIQUER A UNE MEME EPROUVETTE DEUX CHARGEMENTS DIFFERES DANS LE TEMPS. DANS LA PLUPART DES CAS, IL A ETE MONTRE QUE LE CUMUL D'ENDOMMAGEMENT EST FORTEMENT NON LINEAIRE ET LARGEMENT FONCTION DE L'ORIENTATION DES FISSURES DE FATIGUE OU DE FLUAGE. PAR AILLEURS, NOUS AVONS PU SUIVRE, DE MANIERE QUANTITATIVE, L'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT, A LA SURFACE DES EPROUVETTES GRACE A LA METHODE DES REPLIQUES SUCCESSIVES. ENFIN, DES ETUDES MICROSTRUCTURALES ONT ETE REALISEES SUR DES EPROUVETTES SOUMISES A DES ESSAIS DE FLUAGE, CERTAINS DE LONGUE DUREE (27000 HEURES). L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS NOUS A PERMIS DE DEVELOPPER UN MODELE PHYSIQUE, A DEUX DIMENSIONS, DE PREVISION DE LA DUREE DE VIE. CE MODELE DE TYPE MONTE-CARLO, BASE SUR LA SIMULATION DE L'ENDOMMAGEMENT, REPRODUIT L'EVOLUTION DES FISSURES POUR DIFFERENTS ESSAIS MECANIQUES : FATIGUE CONTINUE, FATIGUE-RELAXATION ET CERTAINS ESSAIS EN SEQUENCE.
