Endommagement par fatigue et prédiction de la durée de vie des structures soudées de type caisson PDF Download
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Author: Abdulkader Zalt
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Languages : fr
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Book Description
Le chapitre 9 de L'Eurocode 3 est le moyen le plus utilisé par les ingénieurs pour prédire la durée de vie des joints soudés, mais ce code ne donne qu'une seule courbe de résistance en fatigue pour chaque type de joint soudé, quel que soit l'acier utilisé. La résistance à la fatigue des assemblages soudés est particulièrement sensible à la géométrie du cordon déposé, ainsi qu'aux champs de contraintes introduits, soit par le procédé de soudage, soit par les défauts microscopiques inclus dans le soudage. Nous avons donc besoin d'une méthode locale telle la méthode volumétrique, qui a donné de bons résultats en fatigue, pour déterminer la contrainte effective dans la zone plastifiée à côté du cordon de soudure. Une étude numérique est réalisée sur un caisson soudé. La distribution et le gradient de contrainte permettent de calculer la contrainte effective. Les résultats numériques, comparés aux résultats expérimentaux, ont validé la méthode volumétrique sur ce type de structures soudées.
Author: Abdulkader Zalt
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Languages : fr
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Le chapitre 9 de L'Eurocode 3 est le moyen le plus utilisé par les ingénieurs pour prédire la durée de vie des joints soudés, mais ce code ne donne qu'une seule courbe de résistance en fatigue pour chaque type de joint soudé, quel que soit l'acier utilisé. La résistance à la fatigue des assemblages soudés est particulièrement sensible à la géométrie du cordon déposé, ainsi qu'aux champs de contraintes introduits, soit par le procédé de soudage, soit par les défauts microscopiques inclus dans le soudage. Nous avons donc besoin d'une méthode locale telle la méthode volumétrique, qui a donné de bons résultats en fatigue, pour déterminer la contrainte effective dans la zone plastifiée à côté du cordon de soudure. Une étude numérique est réalisée sur un caisson soudé. La distribution et le gradient de contrainte permettent de calculer la contrainte effective. Les résultats numériques, comparés aux résultats expérimentaux, ont validé la méthode volumétrique sur ce type de structures soudées.
Author: Stéphane Panier
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Languages : fr
Pages : 30
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Une autre thématique de recherche concerne la fatigue des structures soudées. Elle est abordée sous deux angles, l’amélioration de la tenue en fatigue des joints soudés par parachèvement mécanique et la prédiction de la durée de vie. Ainsi, le meulage de soudures de tubes en acier 304L a été caractérisé en termes de rugosité et de contraintes résiduelles. L’amélioration de la tenue en fatigue des tubes soudés arasés a été confirmée. La prédiction de la durée de vie a été réalisée à travers le développement d’un logiciel de fatigue s’appuyant sur les approches locales et géométriques. Les résultats montrent que pour certains types de soudures, ces approches donnent des résultats très satisfaisants même sous chargement multiaxial. Le dernier point abordé porte sur la caractérisation des matériaux hétérophasés et plus particulièrement sur leur interface. L’essai d’indentation interfaciale, utilisé pour caractériser l’adhérence revêtement/substrat, a été modélisé permettant de déterminer la cinématique de fissuration mais également d’étudier l’influence des contraintes résiduelles. L’autre type d’endommagement interfacial étudié concerne le délaminage entre les plis des matériaux composites. L’utilisation de la thermographie infrarouge couplée à un post-traitement s’appuyant sur les propriétés du couplage thermoélastique et de la dissipation intrinsèque, a permis de localiser le délaminage et d’évaluer la dissipation au cours de la propagation.
Author: Philip Maltais
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ISBN: 9781412315074
Category : Aluminum
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Author: Abdelwaheb Amrouche
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Languages : en
Pages : 238
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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: 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: Aurélie Benoit à la Guillaume
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Languages : fr
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Traditionnellement, les collecteurs d'échappement sont fabriqués en fonte, d'un seul tenant. En raison de l'augmentation des performances des moteurs, des tôles d'acier mécano-soudées sont maintenant utilisées pour améliorer la tenue mécanique du collecteur à haute température. Cette technologie permet de réduire la masse du collecteur et de répondre ainsi favorablement aux normes de dépollution les plus sévères. L'objectif de la thèse est de proposer un modèle numérique de soudure et un critère de ruine associé permettant de prédire la durée de vie de ces structures mécano-soudées soumises à des chargements thermiques anisothermes. La procédure de dimensionnement consiste à simuler plusieurs cycles de chargements et à évaluer le critère de fatigue sur le dernier cycle simulé, considéré comme stabilisé.Dans un premier temps, une étude théorique est menée sur la caractérisation des différents états asymptotiques (adaptation, accommodation et rochet). Elle permet, d'une part de vérifier que l'état stabilisé est effectivement atteint et éventuellement d'estimer le nombre de cycles nécessaires pour l'atteindre, d'autre part de déterminer la nature de l'état limite. Dans un second temps, des essais de durée de vie isothermes, réalisés sur des éprouvettes en tôle, en tôle soudée et en tôle soudée arasée (abrasion du cordon puis polissage de la zone utile) mettent en évidence l'influence de la géométrie et de la microstructure au niveau de la soudure sur la durée de vie de ces structures. Enfin, des essais de durée de vie anisothermes, inspirés de chargements effectivement observés sur le collecteur, ont été réalisés sur des éprouvettes en tôle et en tôle soudée.La rigidité du cordon de soudure est modélisée à l'aide d'éléments coques dimensionnés de sorte à reproduire la déformée des éprouvettes en tôle soudée observée expérimentalement. Différents critères de ruine sont mis au point sur le matériau de base pour caractériser l'endommagement induit par des chargements anisothermes puis sont adaptés à la zone soudée. Enfin, la simulation d'un essai de choc thermique sur un collecteur d'échappement permet de valider le modèle de soudure proposé et de tester la pertinence des critères vis-à-vis de l'application industrielle.
Author: Marie-Cécile Robin-Boudaoud
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Languages : fr
Pages : 198
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Faurecia emploie des aciers inoxydables ferritiques pour réaliser des collecteurs d’échappement tubulaires mécano-soudés. Cette étude intervient dans le cadre de l’optimisation de la conception de ces produits et constitue une contribution à la prédiction de la durée de vie de pièces tubulaires en acier 1.4509, soudées ou non, sous chargement de fatigue thermomécanique. Ce travail s’articule en trois axes complémentaires : la modélisation du comportement cyclique des pièces tubulaires soudées ou non, la modélisation de leur endommagement et de leur tenue en fatigue, le développement d’une méthodologie numérique permettant le calcul de la tenue en fatigue de collecteurs dans un temps compatible avec un usage en bureau d’études. Les comportements cycliques du métal de base (acier 1.4509) et du métal fondu sont ainsi caractérisés pour différentes conditions de sollicitations thermomécaniques puis modélisés à l’aide d’un modèle de comportement élastoviscoplastique dans le logiciel Abaqus. Le comportement spécifique de la zone affectée thermiquement est également étudié. La modélisation proposée pour rendre compte du comportement mécanique des jonctions soudées est validée via un essai de traction-compression avec mesure locale des déformations par stéréo corrélation d’images. L’étude de la durée de vie de l’acier 1.4509 est ensuite abordée. Une gamme importante d’essais de durée de vie est ainsi constituée. Les coefficients d’un modèle d’endommagement continu, développé par J. Lemaitre, sont identifiés et validés. La même gamme d’essais est appliquée à des éprouvettes soudées. Il est choisi de recourir à une approche découplée du comportement et de l’endommagement pour prédire la durée de vie de ces éprouvettes. Cette approche repose sur l’hypothèse que la tenue en fatigue de la jonction soudée est conditionnée par la répartition des déformations au cycle stabilisé et peut être calculée par post-traitement. Cette méthode permet de prédire dans une bande de dispersion de facteur 3 maximum, la majorité des essais. Finalement, la dernière phase de ce travail est consacrée à la mise en oeuvre des modèles identifiés pour prédire la tenue en fatigue de pièces soudées industrielles. Une méthodologie dite de "sous-modèle" est mise en place afin de prédire avec précision la réponse mécanique des zones soudées au cycle stabilisé. La durée de vie de ces zones est alors estimée par post-traitement de ce cycle. Cette méthode est appliquée avec succès pour prédire la durée de vie, sous chargement thermomécanique, de deux pièces soudées, dont un collecteur.
Author: BRUNO.. RANDRIANARIVO
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Book Description
L'ETUDE DE LA FIABILITE D'UNE STRUCTURE MECANIQUE TRAVAILLANT EN FATIGUE PEUT ETRE DEFINIE PAR LA CONNAISSANCE DE LA DUREE DE VIE AVANT L'APPARITION D'UNE DEFAILLANCE. LE TYPE D'ESSAI LE PLUS SIMPLE ET LE PLUS REPRESENTATIF MAIS AUSSI LE PLUS ONEREUX EN TEMPS ET EN COUT CONSISTE A SOLLICITER LA STRUCTURE A PARTIR D'UN SIGNAL REEL REPRESENTATIF DU CHARGEMENT EN SERVICE. A PARTIR DE LA EST EVALUEE LA DUREE DE VIE DE L'INSTALLATION. CETTE CONSTATATION CONDUIT A ADAPTER UN OUTIL PERMETTANT D'ESTIMER LA DUREE DE VIE DE L'ENSEMBLE D'UNE STRUCTURE MECANIQUE A PARTIR DES RESULTATS D'ESSAIS SIMPLIFIES SUR DES EPROUVETTES EXTRAITES DU MEME MATERIAU. DANS LE CADRE DE CETTE ETUDE, NOUS PRESENTONS DES MODELES DE PREVISION DE LA DUREE DE VIE (FATIMAS, SMITH-TOPPER-WATSON, NEUGEBAUER) D'UNE STRUCTURE A PARTIR DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES CYCLIQUES DU MATERIAU (WOHLER, MANSON COFFIN) DEDUITES DES ESSAIS DE FATIGUE SOUS AMPLITUDES CONSTANTES. ENSUITE, LES RESULTATS THEORIQUES OBTENUS SERONT COMPARES AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ISSUS DES ESSAIS SOUS SPECTRE DE CHARGEMENT JUDICIEUSEMENT CHOISI POUR REPRESENTER LA SOLLICITATION EN SERVICE DE LA STRUCTURE. ON EN DEDUIT A PARTIR DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PAR OMISSION DES BLOCS CONTENANT DES CYCLES EN DESSOUS DE LA LIMITE D'ENDURANCE QUE L'INFLUENCE DES PETITS CYCLES SUR LA DUREE DE VIE EN FATIGUE DEPEND DE LA NATURE DU MATERIAU ET DU NIVEAU DE SOLLICITATION DE CES CYCLES, NECESSITANT AINSI DES PRECAUTIONS PARTICULIERES LORS DU FILTRAGE DES SIGNAUX ET DU CHOIX DU MODELE DE PREVISIONS UTILISE
Author: Quentin Pierron
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Languages : fr
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Book Description
Dans le monde de l'automobile, les ingénieurs conçoivent des pièces de plus en plus légères pour répondre aux nouvelles normes de dépollution. En particulier, les pièces soudées à l'arc de la Liaison Au Sol (LAS) qui soutiennent une part du poids des véhicules doivent tenir à la fatigue malgré des épaisseurs de tôle relativement fines. Pour dimensionner les assemblages soudés, des chargements à amplitude constante sont utilisés : à la fois pour la caractérisation à la fatigue des matériaux et des assemblages mais aussi dans les calculs de champs mécaniques. Toutefois, les chargements réels vus par les pièces en service leurs sont différents. Les cahots sur la route, les virages et les freinages induisent des efforts dont l'évolution temporelle est complexe. Plusieurs modèles prédisent la durée de vie sous un chargement complexe à partir de chargement à amplitude constante. Parmi ces modèles, le modèle de cumul linéaire considère que l'endommagement créé par un cycle de chargement est indépendant du chargement qui le précède. Les résultats de la littérature contredisent cette hypothèse. Cette dernière peut induire des erreurs de dimensionnement importantes. Des modèles de cumul d'endommagement alternatifs de la littérature sont alors évalués. De plus, des essais sur structures soudées minces sont mis en œuvre pour compléter les résultats expérimentaux disponibles et ainsi contribuer à la compréhension du cumul d'endommagement sous chargements à amplitude variable. Un soin particulier a été pris pour concevoir, instrumenter, modéliser et comprendre ces essais. Les effets de déformée due au soudage et de maintien des éprouvettes sont analysés et pris en compte. Des mesures de champ de température sont utilisées pour identifier la dissipation qui permet un suivi indirect de l'endommagement. C'est une extension de la méthode de caractérisation de la limite d'endurance par auto-échauffement à l'endurance limitée des structures soudées sous chargement à amplitude variable. Les essais révèlent deux phénomènes de cumul d'endommagement non linéaire à effets contraires. D'une part, les surcharges créent des contraintes résiduelles de compression qui augmentent la durée de vie des assemblages soudés. D'autre part, la répétition des surcharges empêche l'adaptation locale. À la lumière de ces essais, des préconisations sont finalement données pour les chargements de fatigue et les modèles de cumul d'endommagement adaptés aux structures soudées.
Author: YAZID.. MADI
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Languages : fr
Pages : 208
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Book Description
CETTE ETUDE PORTE SUR LA TENUE DES STRUCTURES SOUDEES SOUMISES A LA FATIGUE OLIGOCYCLIQUE A HAUTE TEMPERATURE. ELLE A POUR OBJECTIF D'ANALYSER DE MANIERE CRITIQUE LA METHODE DE CONCEPTION DU CODE RCC-MR, RELATIF AUX REACTEURS NUCLEAIRES A NEUTRONS RAPIDES (RNR), APPLIQUEE AUX JOINTS SOUDES. CETTE METHODE EST BASEE SUR L'ETUDE DU COMPORTEMENT DE LA STRUCTURE HOMOGENE ET L'UTILISATION DE COEFFICIENTS CORRECTEURS. UNE NOUVELLE METHODOLOGIE EXPERIMENTALE SUR EPROUVETTES BI-MATERIAUX EST ADOPTEE POUR ETUDIER LE COMPORTEMENT DES SOUDURES EN PRENANT POUR REFERENCE LE COMPORTEMENT DU METAL DE BASE. L'ORIGINE DE LA METHODE EST UNE ANALOGIE EPROUVETTE/STRUCTURE. LA METHODE CODIFIEE PAR LE RCC-MR EST VALIDEE, DANS LE CADRE DE CE TRAVAIL, POUR LES FAIBLES NIVEAUX DE CHARGEMENT, INFERIEURS A UN SEUIL DE CHARGEMENT. LA VALEUR DU SEUIL EST DEFINIE POUR UN NIVEAU GLOBAL DE VARIATION DE DEFORMATION IMPOSE A LA STRUCTURE EGAL DE 0,6%. LE COMPORTEMENT ET L'ENDOMMAGEMENT SONT ETUDIEES NUMERIQUEMENT DE FACON DECOUPLEE. LA METHODE PERMET DE SUIVRE LE COMPORTEMENT CYCLIQUE DES STRUCTURES SOUDEES, PUIS, DE DECRIRE LE PROCESSUS DE RUPTURE PAR FATIGUE EN LE DECOMPOSANT EN DEUX PERIODES DISTINCTES : DOMMAGE DE MICRO-AMORCAGE ET DOMMAGE DE MICRO-PROPAGATION. CETTE METHODE SUGGERE QUE POUR LES MICRO-DEFAUTS PRESENTS DANS LA SOUDURE, LA PHASE DE MICRO-AMORCAGE DEVIENT NEGLIGEABLE AU DELA D'UN SEUIL DE CHARGEMENT. CETTE APPROCHE EST VALIDEE SUR UNE STRUCTURE TUBULAIRE SOUDEE BOUT A BOUT TESTEE A 600\C ET SOUMISE A UN CHARGEMENT DE FLEXION 4 POINTS. CETTE ETUDE APPORTE UNE MEILLEURE COMPREHENSION DU COMPORTEMENT ET DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT SOUS SOLLICITATIONS CYCLIQUES DE LA JONCTION SOUDEE.
