Etude et modélisation de la fatigue de contact en présence d'indentation dans le cas de roulements tout acier et hybrides PDF Download
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Author: Emmanuel Tonicello
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Book Description
Le 32CrMoV13 nitruré est un matériau à gradient de propriétés utilisé pour la réalisation de bagues de roulements aéronautiques. Il présente l'avantage d'être dur en surface et ductile à cœur, facilitant ainsi la lutte contre les effets de la pollution des contacts par les lubrifiants. De plus, afin d'améliorer les performances des roulements, la tendance est à l'utilisation de céramique (nitrure de silicium Si3N4) pour les éléments roulants à la place de l'acier (M50). Ainsi, le travail de thèse proposé ici est l'étude du comportement en fatigue de contact en présence d'indentations pour deux couples de matériaux (32CrMoV13 nitruré / M50 et 32CrMoV13 nitruré / Si3N4). Ce comportement est principalement orienté en terme de durée de vie du contact indenté par l'intermédiaire d'un critère d'amorçage de fissures. Une étude des propriétés mécaniques du 32CrMoV13 nitruré, nécessaires à l'application du critère, a été réalisée. La loi d'écrouissage et l'ouverture micro-plastique cyclique de la couche nitrurée du 32CrMoV13 nitruré ont été identifiées. Puis, par l'intermédiaire de défauts géométrique de type trous cylindriques, les propriétés d'amorçage de fissures ont été étudiées lors d'essais de compression uniaxiale. Le comportement en fatigue de contact en présence d'indentations a été étudié sur machine bi-disques. Ces essais ont permis de caractériser la différence de comportement du 32CrMoV13 nitruré, et indenté, dans un contact acier / acier et acier / céramique. L'effet du glissement a notamment été mis en évidence. Ces études expérimentales ont été couplées avec des simulations numériques afin d'étalonner le modèle physique d'amorçage de fissures et d'en valider sa bonne représentativité. En conclusion un modèle de prédiction de durée de vie en fatigue de roulement a été proposé. Il est particulièrement adapté aux cas où des contraintes résiduelles sont présentes, par exemple suite à l'indentation des surfaces. Le modèle s'appuie sur la caractérisation mécanique des couches traitées thermo-chimiquement de l'acier 32CrMoV13 nitruré.
Author: Emmanuel Tonicello
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Le 32CrMoV13 nitruré est un matériau à gradient de propriétés utilisé pour la réalisation de bagues de roulements aéronautiques. Il présente l'avantage d'être dur en surface et ductile à cœur, facilitant ainsi la lutte contre les effets de la pollution des contacts par les lubrifiants. De plus, afin d'améliorer les performances des roulements, la tendance est à l'utilisation de céramique (nitrure de silicium Si3N4) pour les éléments roulants à la place de l'acier (M50). Ainsi, le travail de thèse proposé ici est l'étude du comportement en fatigue de contact en présence d'indentations pour deux couples de matériaux (32CrMoV13 nitruré / M50 et 32CrMoV13 nitruré / Si3N4). Ce comportement est principalement orienté en terme de durée de vie du contact indenté par l'intermédiaire d'un critère d'amorçage de fissures. Une étude des propriétés mécaniques du 32CrMoV13 nitruré, nécessaires à l'application du critère, a été réalisée. La loi d'écrouissage et l'ouverture micro-plastique cyclique de la couche nitrurée du 32CrMoV13 nitruré ont été identifiées. Puis, par l'intermédiaire de défauts géométrique de type trous cylindriques, les propriétés d'amorçage de fissures ont été étudiées lors d'essais de compression uniaxiale. Le comportement en fatigue de contact en présence d'indentations a été étudié sur machine bi-disques. Ces essais ont permis de caractériser la différence de comportement du 32CrMoV13 nitruré, et indenté, dans un contact acier / acier et acier / céramique. L'effet du glissement a notamment été mis en évidence. Ces études expérimentales ont été couplées avec des simulations numériques afin d'étalonner le modèle physique d'amorçage de fissures et d'en valider sa bonne représentativité. En conclusion un modèle de prédiction de durée de vie en fatigue de roulement a été proposé. Il est particulièrement adapté aux cas où des contraintes résiduelles sont présentes, par exemple suite à l'indentation des surfaces. Le modèle s'appuie sur la caractérisation mécanique des couches traitées thermo-chimiquement de l'acier 32CrMoV13 nitruré.
Author: Corentin Robitaille
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Languages : fr
Pages : 204
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Ce travail est consacré à l'étude de la fatigue des roulements hybrides (Si3N4 / M50 Duplex) soumis à des sollicitations extrêmes. Dans un premier temps, nous avons étudié le comportement expérimental du M50 trempé et du M50 Duplex sollicités en fatigue de roulement en présence d'indentation artificielle, dans le cas d'un contact hybride. Nous avons alors pu mettre en évidence le rôle prépondérant du glissement et nous avons pu caractériser et localiser l'endommagement relatif à ces conditions extrêmes. Aussi deux études portant sur la fissuration des éléments M50 Duplex, fissures radiales en bord d'indent, et sur la fissuration des éléments céramique Si3N4, sous forme de C-Cracks, ont été réalisées et ont permis d'évaluer la résistance de ces matériaux en sollicitation aggravée. Dans une seconde étape, nous avons mis au point une méthode d'évaluation du gradient de plasticité par mesure de la micro-dureté qui nous a permis de caractériser le M50 Duplex dans la zone de diffusion de la nitruration. Le processus d'indentation a alors été simulé par le logiciel éléments finis ABAQUS. Ces simulations ont permis d'analyser les mécanismes responsables de la fissuration des indents sur M50 Duplex. Enfin une étude numérique tridimensionnelle du roulement sur indent a été réalisée via le code semi-analytique ISAAC, développé au laboratoire LAMCOS de l'INSA de Lyon. Cette étude a permis d'évaluer le cycle de chargement au voisinage d'indents sollicités en fatigue de roulement. L'application du critère de Dang Van à ce cycle de sollicitation a alors permis de donner des indications quant à la prédiction de l'endommagement au voisinage d'indents.
Author: Hélène Sarete
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Languages : fr
Pages : 182
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Ce travail est consacré, d'une part, à la recherche d'une nouvelle nuance d'acier à roulement et de ses traitements thermiques permettant d'accroître la tenue des roulements en condition d'usage sévères (chargement important, température élevée, lubrification polluée provoquant des indentations des surfaces de contact) et, d'autre part, à la description et à la modélisation de son endommagement en fatigue de contact de surfaces indentées. Des caractérisations microstructurales et mécaniques simples (principalement dureté, teneur en austénite résiduelle) conduites sur différentes coulées de laboratoire et pour différents traitements thermiques permettent d'abord de définir une gamme de compositions intéressantes et de choisir une nuance. Les conditions de traitement thermique de la nuance choisie sont affinées, après que celle-ci ait été élaborée industriellement afin d'obtenir un niveau de propreté inclusionnaire nécessaire à une bonne tenue en fatigue de roulement. Le comportement mécanique du nouveau matériau a été caractérisé (comportement microplastique, plastique cyclique et tenue en compression cyclique), des essais de fatigue de roulement ont été effectués sur éprouvettes lisses et indentées, pour simuler un fonctionnement en lubrification polluée, et les pièces fatiguées ont été expertisées afin de déterminer les mécanismes d'endommagement. Enfin une contribution à la modélisation de l'endommagement en fatigue de roulement en présence d'indentations est proposée. Elle s'appuie sur les principes de la modélisation de l'endommagement en conditions normales de fonctionnement (amorçage d'une fissure sur une microhétérogénéité en sous-couche et propagation jusqu'à la surface) en prenant en compte les modélisations mécaniques, microstructurales et géométriques provoquées par l'indentation.
Author: VALERIE.. AUDRAIN
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Languages : fr
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CETTE ETUDE PRESENTE SOUS UN DOUBLE ASPECT: MECANIQUE ET METALLURGIQUE, UNE ANALYSE DE L'INFLUENCE DE LA MICROSTRUCTURE ET DES CONTRAINTES INTERNES SUR LA RESISTANCE A L'ENDOMMAGEMENT PAR FATIGUE DES ROULEMENTS. CES ORGANES DE GUIDAGE SONT SOUMIS, EN SERVICE, A UN SYSTEME DE SOLLICITATIONS COMPLEXE QUI PERMET DIFFICILEMENT DE CONNAITRE L'INFLUENCE SUR LA DEGRADATION DU MATERIAU, DES PARAMETRES PROPRES AU CONTACT. DANS LE DOMAINE CRYOTECHNIQUE, LE FONCTIONNEMENT EN SERIE LIMITEE N'AUTORISE PAS UNE ETUDE STATISTIQUE CLASSIQUE. UNE APPROCHE PAR CALCUL SUR LA STRUCTURE ET UNE EXPERIMENTATION SUR CONTACTS ELEMENTAIRES A DONC ETE RETENUE. NOTRE RECHERCHE S'EST ORIENTEE VERS L'ETUDE DE DEUX CONTACTS: BILLE/PLAN ET BILLE/BAGUE. LE COMPORTEMENT EN FATIGUE ET DE L'EVOLUTION MICROSTRUCTURALE DE L'ACIER ONT ETE ETUDIES SUR VIBROPHORE AMSLER A PARTIR D'UNE SOLLICITATION SOUS EFFORTS ONDULES DE COMPRESSION, A TEMPERATURE AMBIANTE ET CRYOTECHNIQUE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT PERMIS DE VALIDER UN MODELE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS UTILISANT UNE LOI DE COMPORTEMENT ELASTOPLASTIQUE DU MATERIAU AVEC UN ECROUISSAGE CINEMATIQUE LINEAIRE. LA CONFRONTATION DES DEFORMEES EXPERIMENTALES ET THEORIQUES A PERMIS D'AFFINER LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU MATERIAU: LIMITE D'ELASTICITE ET COEFFICIENT D'ECROUISSAGE. AINSI, LE CALCUL ELASTOPLASTIQUE REND COMPTE DE L'EVOLUTION DES CONTRAINTES RESIDUELLES AU SEIN DE LA STRUCTURE; L'ESTIMATION DE LA DUREE DE VIE EST REALISEE A PARTIR DE LA DEFINITION DES CONSTANTES D'UN CRITERE DE FATIGUE TRIAXIAL: CRITERE DE CROSSLAND
Author: Alexis Bonetto
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Languages : fr
Pages : 209
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Book Description
La fatigue de surface est aujourd'hui la principale cause de défaillances des roulements. Ce type de fatigue peut se développer du simple fait de la rugosité des surfaces mais est exacerbée par la présence de défauts de surface tels que les indents. La gestion de la pollution des lubrifiants, à l'origine de l'indentation des surfaces, est très coûteuse et ne peut être parfaite puisque la pollution est à la fois présente dans les huiles neuves, générée de manière continue par les systèmes lubrifiés et introduite lors des opérations sur le système. En conséquence, les huiles charrient systématiquement des particules d'origines variées qui sont amenées dans les contacts par les systèmes de lubrification. Au passage entre les surfaces, les particules sont écrasées et indentent les surfaces, créant ainsi des défauts qui seront les sites privilégiés d'amorçage de fatigue au cours des cycles de fonctionnement suivants. Ne pouvant se prémunir de l'indentation des surfaces, une bonne compréhension des mécanismes d'indentation et de fatigue sur indent est nécessaire pour garantir la fiabilité des roulements ainsi que pour réduire les coûts liés à leur maintenance. Au cours de cette thèse, un modèle éléments finis « couplé Euler-Lagrange » est développé pour reproduire le processus d'indentation réel des roulements et en étudier les effets. Dans un second temps, la fatigue des surfaces est étudiée par l'emploi de critères de fatigue issus de la littérature dans le cadre d'un contact sec. Enfin, l'effet du lubrifiant est ajouté par la mise en place d'un solveur multigrilles permettant la résolution du problème EHD transitoire.
Author: Houssein Abbouchi
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Languages : fr
Pages : 191
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Ce travail a consisté à étudier le phénomène de la fatigue de contact de roulement (RCF). Les avaries qui apparaissent par RCF se caractérisent, à la surface des pièces roulantes, par des fissures, des piqûres et des écaillages. Les fissures de RCF sont mal décrites, dans leur forme géométrique, dans les travaux précédents. Ceci a conduit à une approche expérimentale utilisant un dispositif bi-disques dans lequel le disque éprouvette est réalisé dans un matériau transparent. La conception du dispositif permet d’imposer une force tangentielle et de créer des conditions de roulement avec glissement partiel. On résume les résultats expérimentaux par :–faire apparaître une famille de fissures débouchantes.–suivre avec précision l’évolution des fissures, dans la matière en 3D.–proposer des équations paramétriques pour décrire la forme géométrique du front de fissure.–constater que l’endommagement de RCF, à sec, s’est établi pour la position ‘menant’ de l’éprouvette.–et l’existence d’un pas quasi régulier entre les fissures. On a proposé un modèle numérique pour comprendre les deux derniers points. Le calcul a été réalisé avec le logiciel MSC.MARC. On a réalisé quatre plans d’expériences. On a décrit l’action d’un contact roulant sur un massif fissuré de façon incrémentale. Ceci permet d’obtenir les répartitions de pression et de cisaillement dans ce contact conformes à la loi de frottement et à la cinématique expérimentale. Ce modèle a montré que la contrainte de ‘peau’ sxx atteint des niveaux plus élevés pour la position ‘menant’. C’est en accord avec les résultats expérimentaux. En s’appuyant sur la valeur de sxx max, on a expliqué le pas quasi régulier de fissures.
Author: SYLVIE.. ROCHER
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Languages : fr
Pages : 290
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Book Description
CETTE THESE S'INSERE DANS UN PROJET DE CALCUL DE LA DUREE DE VIE DES ROULEMENTS PRENANT EN COMPTE LES CARACTERISTIQUES MICROSTRUCTURALES DU MATERIAU. LA PRESENTE CONTRIBUTION CONCERNE L'ETUDE DE LA PREMIERE PHASE DE PROPAGATION DES FISSURES DE SOUS-COUCHE, AMORCEES AU SEIN DES PAPILLONS DE PHASE BLANCHE FORMES AUTOUR DES INCLUSIONS, PAR FATIGUE DE CONTACT. APRES QUELQUES RAPPELS SUR LA PROBLEMATIQUE DE LA FISSURATION, NOUS MONTRONS QU'UNE APPROCHE TYPE METALLURGIE PHYSIQUE EST BIEN ADAPTEE A L'ETUDE DE LA PROPAGATION DES FISSURES COURTES PRECEDEMMENT DECRITES. PAR DES ESSAIS DE COMPRESSION APPROPRIES, NOUS AVONS TOUT D'ABORD ETUDIE LE COMPORTEMENT PLASTIQUE DE L'ACIER 100CR6 ET MONTRE LE ROLE DE L'ACTIVATION THERMIQUE DANS LA DEFORMATION DE CE MATERIAU. DE PLUS, NOUS AVONS DETERMINE LE VOLUME D'ACTIVATION DU MECANISME DE DISLOCATION RESPONSABLE DE CETTE DEFORMATION, ET CE MALGRE L'EXISTENCE D'UN PHENOMENE DE VIEILLISSEMENT DYNAMIQUE PROBABLEMENT DU A LA MOBILITE DES ATOMES DE CARBONE DANS LA MATRICE MARTENSITIQUE. ENSUITE, PAR DES ESSAIS DE FATIGUE DE CONTACT ASSOCIES A DES EXAMENS PAR CARTOGRAPHIE ULTRASONORE, NOUS AVONS PU DETECTER L'APPARITION DE L'ENDOMMAGEMENT EN SOUS-COUCHE ET MONTRER QUE LES FISSURES COURTES, OBJETS DE CETTE ETUDE, PRESENTENT UNE PREMIERE PHASE DE PROPAGATION TRES LENTE. NOUS AVONS ALORS DEVELOPPE UN MODELE DE PROPAGATION DE FISSURES COURTES, SOLLICITEES EN MODE II, FONDE SUR L'EMISSION DE DISLOCATIONS COINS EN FRONT DE FISSURE, DONT L'ORIGINALITE REPOSE SUR LE FAIT QU'IL PREND EN COMPTE L'ACTIVATION THERMIQUE DU MOUVEMENT DES DISLOCATIONS. APRES AVOIR ETUDIE LES PROPRIETES DE CE MODELE, NOUS L'AVONS APPLIQUE AU CAS DE L'ACIER 100CR6: NOUS AVONS AINSI MONTRE QUE LES FISSURES COURTES OBSERVEES PRESENTENT BIEN UNE PREMIERE PHASE DE PROPAGATION TRES LENTE
Author: Christophe Jacq
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Languages : fr
Pages : 241
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Book Description
Ce travail est consacré à l'étude des mécanismes d'endommagement du 32CrMoV13 nitruré sollicité en fatigue de roulement en présence d'indentations. Dans un premier temps, nous avons développé un code de contact élastoplastique semi-analytique permettant la prise en compte d'un chargement roulant. Ce code, nécessaire à la simulation du rodage des indents, a été validé en comparant ses résultats avec des simulations réalisées avec le logiciel d'éléments finis ABAQUS et avec des résultats expérimentaux. Dans une seconde étape, nous avons mis au point une méthode de mesure locale de micro-limite d'élasticité par nano-indentation en tenant compte de la présence éventuelle de contraintes résiduelles. Nous l'avons alors appliquée à la mesure du profil de micro-limite d'élasticité du 32CrMoV13 nitruré. Nous avons également mis en lumière l'influence de la géométrie des pièces nitrurées sur les contraintes résiduelles de nitruration. Dans une troisième étape, nous avons étudié le comportement expérimental du 32CrMoV13 nitruré sollicité en fatigue de roulement en présence d'indentation. Nous avons alors pu mettre en évidence le rôle prépondérant du glissement et nous avons identifié deux zones d'initiation de l'endommagement. Enfin, nous avons analysé le processus d'indentation et le passage du corps roulant sur l'indent. Nous avons alors pu déterminer quels indents dépassent la limite d'endurance et sont susceptibles de s'endommager, classer les indents selon leur dangerosité relative et comparer les qualités relatives du 32CrMoV13 nitruré et du M50 quant à la tenue à la fatigue de roulement en présence d'indentation.
Author: MARIE-LAURE.. DUMONT
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Languages : fr
Pages : 197
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Book Description
CE TRAVAIL EST CONSACRE A LA CARATERISATION DES SOLLICITATIONS ET DES ENDOMMAGEMENTS INDUITS PAR FATIGUE DE ROULEMENT DANS LES CONTACTS ELASTOHYDRODYNAMIQUES. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS ABORDE LA FATIGUE DE ROULEMENT PAR DES SIMULATIONS EXPERIMENTALES. NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE DIFFERENTS PARAMETRES : NUANCE D'ACIER (M50 ET 100CR6), ETAT DE SURFACE, PRESSION DE CONTACT ET FROTTEMENT EN SURFACE. POUR CELA, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE PROCEDURE EXPERIMENTALE ET UN DISPOSITIF DE SURVEILLANCE IN-SITU DE LA DEGRADATION DES SURFACES EN CONTACT. UN SYSTEME DE DETECTION PAR ULTRASONS A ETE EGALEMENT UTILISE POUR ETUDIER LE DEVELOPPEMENT DE LA FATIGUE AUTOUR DES INCLUSIONS PRESENTES DANS LES ACIERS. FINALEMENT, NOUS PROPOSONS DES HYPOTHESES SUR LES MODES DE FORMATION DES AVARIES OBSERVEES ET SUR LE ROLE DES PARAMETRES D'ESSAIS. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE NUMERIQUE PERMETTANT DE CALCULER RAPIDEMENT LES SOLLICITATIONS DANS UN MASSIF ELASTIQUE SEMI-INFINI. LA DISTRIBUTION DE CONTRAINTES POUR UN CONTACT AVEC DES SURFACES REELLES A ETE OBTENUE. NOUS AVONS MONTRE EN PARTICULIER L'INFLUENCE DE LA TOPOGRAPHIE DES SURFACES ET DU FROTTEMENT POUR DEUX CONFIGURATIONS DE CONTACT : LE CONTACT ELASTOHYDRODYNAMIQUE RUGUEUX CYLINDRE/PLAN ET LE CONTACT SEC RUGUEUX ELLIPSOIDE/PLAN. DES DONNEES SUR LE COMPORTEMENT MICROPLASITQUE DE L'ACIER M50 ONT ETE UTILISEES POUR ANALYSER LES SOLLICITATIONS CALCULEES. CE TRAVAIL APPORTE UNE CONTRIBUTION A LA PREDICTION DE DUREE DE VIE DES CONTACTS ELASTOHYDRODYNAMIQUES TELS QU'ILS EXISTENT DANS LES ROULEMENTS OU LES ENGRENAGES.
Author: Pierre Lamagnere
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Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE ET A LA MODELISATION DE L'AMORCAGE DES FISSURES DE FATIGUE QUI APPARAISSENT AU VOISINAGE DES INCLUSIONS NON-METALLIQUES ET DES CARBURES PRIMAIRES DANS L'ACIER M50. DANS LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE, NOUS AVONS ETUDIE LES PROPRIETES MICROSTRUCTURALES ET NOUS AVONS DETERMINE LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE L'ACIER M50 EN VUE D'INTRODUIRE DES PARAMETRES REALISTES DANS LE MODELE D'AMORCAGE DES FISSURES. EN PARTICULIER, NOUS AVONS CARACTERISE LES PROPRIETES ELASTO-PLASTIQUES DES MICROHETEROGENEITES. POUR CELA, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE PROCEDURE EXPERIMENTALE PERMETTANT DE MESURER LE MODULE D'YOUNG ET LA DURETE DES INCLUSIONS PAR LA TECHNIQUE DE LA NANO-INDENTATION. ENSUITE, NOUS AVONS ETUDIE LE COMPORTEMENT MICROPLASTIQUE ET LA PLASTICITE CYCLIQUE DE L'ACIER M50. ENFIN, NOUS AVONS DETERMINE EXPERIMENTALEMENT LE NOMBRE DE CYCLES A L'AMORCAGE DES FISSURES PAR L'EXAMEN DE ROULEMENTS A DIFFERENTS STADES DE LA FATIGUE A L'AIDE DE L'ECHOGRAPHIE ULTRASONORE. DANS LA DEUXIEME PARTIE DE LA THESE, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE DE CALCUL DE LA LIMITE D'ENDURANCE DES ROULEMENTS SOLLICITES EN CONDITION DE LUBRIFICATION ELASTO-HYDRODYNAMIQUE. CETTE APPROCHE S'APPUIE SUR L'ETUDE DES CONCENTRATIONS DE CONTRAINTE AUTOUR DES MICROHETEROGENEITES ET SUR L'UTILISATION D'UN CRITERE DE CONTRAINTE LOCAL. ENFIN, CE TRAVAIL APPORTE UNE CONTRIBUTION NOUVELLE A LA PREDICTION DU NOMBRE DE CYCLES A L'AMORCAGE DES FISSURES AU VOISINAGE DES INCLUSIONS. CE MODELE MET EN OEUVRE UNE APPROCHE MIXTE MICROMECANIQUE/METALLURGIE PHYSIQUE POUR EVALUER L'ACCUMULATION DES DISLOCATIONS CONDUISANT A L'AMORCAGE DES FISSURES DANS LES PAPILLONS DE FATIGUE.
