Etude de l'effet de surcharges sur la tenue en fatigue à grande durée de vie d'un acier ferrito-bainitique sous chargement d'amplitude variable PDF Download
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Author: Hadrien Bidouard
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Languages : fr
Pages : 174
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Book Description
Les pièces de châssis automobile sont dimensionnées pour résister à l'amorçage des fissures de fatigue sous les chargements d'amplitude variable qu'elles supportent en service. Des surcharges incidentelles appartenant au domaine de la fatigue oligocyclique, peuvent toutefois arriver dans la vie d'une automobile (nid de poule, montée d'un trottoir à vive allure). L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence de telles surcharges sur la résistance à l'amorçage de fissures de fatigue dans le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles (de 100.000 à 10.000.000 de cycles). L'objectif industriel à moyen terme est le développement d'une méthode de dimensionnement en fatigue permettant une prise en compte réaliste de ces surcharges. Face à la faible quantité de travaux expérimentaux trouvés sur les interactions fatigue oligocyclique/fatigue à grand nombre de cycles '', une base de données a été constituée grâce à une campagne d'essais réalisée sous différents cas de chargements réalistes d'amplitude constante et variable, avec et sans surcharges, sur des éprouvettes entaillées (Kt=2,5). La géométrie d'entaille définie ainsi que le matériau utilisé (acier ferrito-bainitique) sont représentatifs de ceux rencontrés sur les bras de suspensions automobiles permettant ainsi d'assurer une transférabilité vers les structures industrielles. Cette campagne d'essais a permis de mettre en évidence un effet néfaste des surcharges sur la résistance à l'amorçage d'une fissure pour certains cas de chargements. Une très forte sensibilité au rapport de charge utilisé a pu être mise en évidence. Les durées de vie observées correspondant majoritairement à une phase d'amorçage, celle-ci a été étudiée au travers de l'analyse du comportement cyclique du matériau, grâce à des essais à contraintes et déformations imposées sur éprouvettes lisses et entaillées. Ces essais ont permis de mettre en évidence l'apparition d'un effet de Rochet sur éprouvettes entaillées au bout d'un certain nombre de cycles conditionnant l'amorçage d'une fissure. L'effet néfaste des surcharges sur la tenue en fatigue peut s'expliquer par l'interaction surcharge/effet de Rochet : il a été montré que l'application de surcharges entraîne une diminution du nombre de cycles nécessaire au déclenchement du Rochet. Cette accélération fait suite à la propagation des bandes de Piobert-Lüders liée à l'application des surcharges augmentant localement la densité de dislocations, phénomène favorable à l'apparition du Rochet.
Author: Hadrien Bidouard
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Pages : 174
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Les pièces de châssis automobile sont dimensionnées pour résister à l'amorçage des fissures de fatigue sous les chargements d'amplitude variable qu'elles supportent en service. Des surcharges incidentelles appartenant au domaine de la fatigue oligocyclique, peuvent toutefois arriver dans la vie d'une automobile (nid de poule, montée d'un trottoir à vive allure). L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence de telles surcharges sur la résistance à l'amorçage de fissures de fatigue dans le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles (de 100.000 à 10.000.000 de cycles). L'objectif industriel à moyen terme est le développement d'une méthode de dimensionnement en fatigue permettant une prise en compte réaliste de ces surcharges. Face à la faible quantité de travaux expérimentaux trouvés sur les interactions fatigue oligocyclique/fatigue à grand nombre de cycles '', une base de données a été constituée grâce à une campagne d'essais réalisée sous différents cas de chargements réalistes d'amplitude constante et variable, avec et sans surcharges, sur des éprouvettes entaillées (Kt=2,5). La géométrie d'entaille définie ainsi que le matériau utilisé (acier ferrito-bainitique) sont représentatifs de ceux rencontrés sur les bras de suspensions automobiles permettant ainsi d'assurer une transférabilité vers les structures industrielles. Cette campagne d'essais a permis de mettre en évidence un effet néfaste des surcharges sur la résistance à l'amorçage d'une fissure pour certains cas de chargements. Une très forte sensibilité au rapport de charge utilisé a pu être mise en évidence. Les durées de vie observées correspondant majoritairement à une phase d'amorçage, celle-ci a été étudiée au travers de l'analyse du comportement cyclique du matériau, grâce à des essais à contraintes et déformations imposées sur éprouvettes lisses et entaillées. Ces essais ont permis de mettre en évidence l'apparition d'un effet de Rochet sur éprouvettes entaillées au bout d'un certain nombre de cycles conditionnant l'amorçage d'une fissure. L'effet néfaste des surcharges sur la tenue en fatigue peut s'expliquer par l'interaction surcharge/effet de Rochet : il a été montré que l'application de surcharges entraîne une diminution du nombre de cycles nécessaire au déclenchement du Rochet. Cette accélération fait suite à la propagation des bandes de Piobert-Lüders liée à l'application des surcharges augmentant localement la densité de dislocations, phénomène favorable à l'apparition du Rochet.
Author: Noushin Torabiandehkordi
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Languages : fr
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Ce travail vise à améliorer notre compréhension du comportement en fatigue à grand et très grand nombre de cycles d'un acier ferrito-martensitique dual phase, notamment les effets de la température et de la vitesse de déformation résultant de chargements cycliques à haute fréquence. L'effet de la fréquence sur la réponse en fatigue de l'acier DP600 a été étudié en effectuant des essais de fatigue sur une machine ultrasonique travaillant à 20 kHz et sur une machine conventionnelle travaillant à des fréquences inférieures à 100 Hz. Des études de fractographie et des observations microscopiques à la surface des échantillons ont été effectuées pour étudier les mécanismes de déformation et de rupture. De plus, la thermographie infrarouge in situ a été utilisée pour étudier la réponse thermique et les mécanismes dissipatifs du matériau lors des essais de fatigue. Les courbes S-N ont été déterminées à partir de chargements de fatigue ultrasoniques à 20 kHz et d'essais conventionnels à 30 Hz. La durée de vie pour une amplitude de contrainte donnée est plus élevée dans le cas de la fatigue ultrasonique bien que la limite de fatigue soit identique dans les deux cas. L'augmentation inévitable de la température en fatigue ultrasonique à fortes amplitudes de contraintes, ainsi que le comportement dépendant de la vitesse de déformation de la ferrite, en tant que structure CC, ont été trouvés comme les paramètres clés expliquant le comportement observé en fatigue, et la réponse thermique sous les fréquences faibles et ultrasoniques. Les écarts observés entre l'essai de fatigue conventionnel et celui ultrasonique ont été évalués à travers les mécanismes de mobilité des dislocations vis dans la phase ferritique de structure cubique centrée (CC). La durée de vie plus élevée et l'amorçage de la fissure principale sur une inclusion observés en fatigue ultrasonique ont été attribués au vieillissement dynamique résultant du fort auto-échauffement du matériau aux fortes amplitudes de contraintes. L'existence d'une transition du régime thermiquement activé au régime athermique avec l'augmentation de l'amplitude de contrainte a été mise en évidence. Au-dessous de la limite de fatigue, la déformation a lieu dans un régime thermiquement activé alors qu'elle est dans un régime athermique au-dessus de la limite de fatigue. En fatigue conventionnelle, la déformation est athermique pour toutes les amplitudes de contrainte. Une carte de transition a été produite en utilisant les résultats expérimentaux pour l'acier DP600 ainsi que les données disponibles dans la littérature pour d'autres aciers à base de ferrite, montrant ainsi la corrélation entre le mouvement des dislocations vis thermiquement activé et l'absence de rupture en fatigue à très grand nombre de cycle.
Author: Bianzeubé Tikri
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Le travail présenté ici a pour but d'évaluer l'influence de surcharges incidentelles sur le comportement en fatigue de tôles en acier soudées par points et destinées à une application automobile. Une campagne d'essais expérimentale sur éprouvettes a permis d'établir les courbes effort - durée de vie de trois nuances d'acier soudées par point et soumis à des sollicitations de traction-cisaillement soit à amplitude constante (courbe de référence), soit avec des sollicitations incidentelles survenant à raison d'un cycle de surcharge pour 100 cycles appliqués. Les éprouvettes utilisées sont constituées de deux rectangles de tôle assemblés par un point soudé réalisé par un soudage par résistance. Deux rapports de surcharge, 1,4 et 2,3, sont testés et analysés. L'ensemble des cycles de tous les chargements présente le rapport de charge de 0,1 (traction ondulée). Pour deux nuances d'acier, les surcharges périodiques sont bénéfiques à la tenue en fatigue, ils permettent d'augmenter sensiblement la durée de vie. Pour la troisième nuance d'acier en revanche, l'effet enregistré est un affaissement très marqué des propriétés de fatigue. Deux types de ruine par fatigue sont observés, l'un par fissuration des tôles au droit du congé de raccordement du noyau fondu du point soudé sur la tôle, du côté de la zone en traction. L'autre se traduit par un cisaillement du noyau fondu dans le plan de sa section droite minimale et ne se produit qu'à haut niveau d'effort appliqué. Ces calculs par Eléments finis ont mis en évidence des états de contraintes multiaxiaux, principalement de traction et de cisaillement dans les zones expérimentales d'amorçage et de fissuration des éprouvettes. Il est observé de façon très claire une prépondérance de la contrainte de traction là où s'amorce la fissure de fatigue conduisant à la ruine de l'éprouvette par fissuration complète d'une des deux tôles, et une prépondérance tout aussi évidente de la contrainte de cisaillement dans la section minimale du noyau fondu du point soudé où se produit dans certains cas la rupture du point soudé par cisaillement. Les calculs effectués corroborent donc très bien les observations expérimentales. L'utilisation de nouvelles lois d'endommagement basées sur un cumul non linéaire du dommage, dont une qui a été proposée au laboratoire, conduit à une prévision des durées de vie en bon accord avec l'expérimentation alors que la loi de Miner demeure pour sa part très éloignée des résultats expérimentaux.
Author: Julien Louge
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Dans l'industrie automobile, les aciers laminés sont largement utilisés pour réaliser les pièces constitutives d'un véhicule. Les propriétés en fatigue à grand nombre de cycles de ces produits plats sont généralement déterminées sur le matériau dans son état tel que sortie d'usine (i.e., vierge de toute sollicitation) sous chargements cycliques uniaxiaux à amplitude constante. Cependant, la fabrication de pièce structurelle fait généralement intervenir des étapes de mise en forme qui ont pour conséquence de modifier l'état du matériau et donc d'impacter les propriétés en fatigue. D'autre part, les chargements en service réellement subi par une telle pièce sont souvent multiaxiaux et d'amplitude variable dans le temps. Cette étude a pour but de prendre compte les notions de multiaxialité et d'effets d'histoire de chargement lors de la caractérisation en fatigue par le biais de mesures d'auto-échauffement sous chargements cycliques. La caractérisation en fatigue multiaxiale fait généralement intervenir un critère de fatigue nécessitant la connaissance de la limite d'endurance du matériau sous sollicitation de cisaillement. Comme cette grandeur est difficile à obtenir pour le cas des produits plats, un nouvel essai de cisaillement et deux géométries d'éprouvette en forme de disque sont proposés, permettant d'utiliser des mesures d'auto-échauffement. Ainsi, la limite d'endurance sous sollicitation de cisaillement a pu être déterminée. Dans le but d'étudier l'impact des effets d'histoire sur les propriétés en fatigue, différents essais d'auto-échauffement ont été réalisés en considérant différents niveaux de pré-déformation plastique initial, différents pré-chargements cycliques et différents rapports de charge. Les résultats obtenus ont permis de proposer un modèle probabiliste à deux échelles permettant d'une part de décrire l'évolution des courbes d'auto-échauffement quel que soit l'effet d'histoire étudié et, d'autre part, de donner une bonne estimation de l'influence de ces effets sur les courbes S-N-P.
Author: Naoual Hakem
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Languages : fr
Pages : 150
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ETUDE EXPERIMENTALE SUR DES EPROUVETTES TUBULAIRES MINCES SOUMISES A UNE VARIATION CYCLIQUE D'UN ANGLE DE TORSION SUR LAQUELLE EST SUPERPOSEE UNE CONTRAINTE DE TRACTION CONSTANTE. DETERMINATION D'UNE COURBE DE RESISTANCE A LA FATIGUE POUR CHAQUE NIVEAU DE CHARGEMENT PRIMAIRE. L'EFFET DU CHARGEMENT PRIMAIRE CONDUIT, A UNE REDUCTION SENSIBLE DU TERME D'ENDURANCE DANS L'EQUATION DE RESISTANCE A LA FATIGUE. LA RUPTURE A LIEU PAR FATIGUE ET NON PAR DEFORMATION, PLASTIQUE EXCESSIVE. ANALYSE DE LA REDUCTION DE LA DUREE DE VIE ASSOCIEE A L'APPLICATION D'UN CHANGEMENT PRIMAIRE
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: Bastien Weber
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Languages : fr
Pages : 248
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Book Description
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.
