Modélisation des contraintes résiduelles thermiques et étude de leur effet sur la vie en fatigue de l'acier inoxydable austénitique 304L PDF Download
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Author: Daniel Paquet
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Languages : fr
Pages : 572
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Author: Daniel Paquet
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Languages : fr
Pages : 572
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Author: Sébastien Petitjean
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Languages : fr
Pages : 287
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Cette étude s'est attachée à décrire l'influence de l'état de surface sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles de l'acier inoxydable austénitique 304L. L'effet de la rugosité, de l'écrouissage et des contraintes résiduelles de surface a particulièrement été étudié. La première étape de ce travail a consisté à produire divers états de surface. Des modes de préparation par tournage, meulage, polissage et sablage ont, pour ce faire, été choisis. La rugosité, l'état microstructural (dureté, transformations de phase) et les contraintes résiduelles de surface des échantillons alors obtenus ont été déterminés. Ces derniers ont ensuite été cyclés en fatigue sous divers rapports de charge, contraintes moyennes et températures imposés. Les résultats mettent clairement en évidence l'influence de l'état de surface sur la résistance à la fatigue du 304L. Cette influence est néanmoins plus prononcée, à la température ambiante et pour une contrainte moyenne d'essai positive. Pour l'ensemble des conditions d'essais explorées, une dégradation de l'état de surface par meulage conduit à une réduction de la limite d'endurance par rapport aux échantillons polis. Les résultats montrent également que, dans le cas d'échantillons présentant des défauts de surface de forte acuité, l'application d'une contrainte moyenne positive conduit à un effet plus marqué. L'étude de l'influence relative des divers paramètres de surface, pour un rapport de charge positif et à la température ambiante, montre que le profil de rugosité et l'écrouissage de la surface sont les deux facteurs les plus influents. Les contraintes résiduelles jouent, pour leur part, un rôle secondaire, en raison de leur relaxation rapide lors de l'application des premiers cycles d'effort. Au-delà de la détermination de l'influence de chacun des paramètres de surface sur le comportement en fatigue du 304L, l'estimation des phases d'amorçage et de propagation pour chaque condition d'essai a permis de mettre en évidence des processus différents en fonction du rapport de charge. La propagation des fissures apparaît en effet être contrôlée par le paramètre DK au rapport de charge positif et par Dep/2 en traction-compression.
Author: Nader Haddar (Ingénieur).)
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Languages : fr
Pages : 277
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Author: Laurent de Baglion
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Languages : fr
Pages : 306
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La prise en compte des effets du milieu eau primaire REP (Réacteur à Eau Pressurisée), sur la durée en vie en fatigue des composants de réacteurs, est aujourd'hui exigée par certaines autorités de sûreté pour la conception ou la prolongation des licences d'exploitation des centrales nucléaires. Ainsi, ce travail a eu pour objectif la compréhension des cinétiques et des mécanismes d'endommagement en fatigue oligocyclique de l'acier inoxydable austénitique 304L. Différents paramètres d'essai (température, vitesse et amplitude de déformation) ont été testés dans l'air ainsi qu'en milieu primaire. Par le biais d'essais ciblés, conduits sous vide, l'influence intrinsèque de ces paramètres et des environnements air et eau REP sur le comportement en fatigue ont été étudiés. Il ressort de cette étude que l'air est un milieu actif qui entraîne par rapport au vide une chute de la durée de vie en fatigue de l'acier 304L, notamment à 300°C et faible amplitude de déformation. Le milieu eau REP est encore plus actif et entraîne par rapport à l'air une accélération des cinétiques d'endommagement, indépendante de l'amplitude de sollicitation dans le domaine élasto-plastique, sans modifications de la nature des sites d'amorçage ou des modes de propagation des fissures. De plus, la chute de durée de vie en milieu primaire est essentiellement attribuée à l'accélération des phases d'amorçage et de micropropagation (croissance des fissures courtes) plus qu'à l'augmentation des vitesses de propagation des fissures longues. Enfin, l'influence néfaste d'une diminution de la vitesse de déformation sur la durée de vie en milieu eau REP a également été constatée dans l'air et même sous vide.
Author: Kamel Necib
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Languages : fr
Pages : 185
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L'objectif de ce travail était de modéliser le comportement d'un revêtement en acier inoxydable du type z10c13, déposé par arc plasma semi-transfere sur un substrat en acier peu allie (25cd4), sollicite en fatigue thermique. Compte tenu de la complexité des champs thermomécaniques mis en jeu dans une structure sollicitée en fatigue thermique et du rôle important que peuvent jouer les contraintes résiduelles induites par le procède de dépôt, nous avons mené ce travail suivant quatre axes principaux: étude du comportement mécanique du revêtement dans la gamme de température de l'essai de fatigue thermique, caractérisation des éléments structuraux du revêtement a partir de son état initial et leur évolution a la suite de sollicitations particulières (chocs thermiques) et détermination de son comportement thermomécanique a la suite de ces sollicitations, calcul, a l'aide d'un code de calcul par éléments finis, incluant un bloc de viscoplasticité du comportement de la structure soumise au cyclage thermique, détermination des contraintes résiduelles, induites par le procède de dépôt, par les techniques de diffractions x et neutronique et le suivi de leur évolution a la suite du cyclage thermique
Author: Christophe Déprés
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Languages : fr
Pages : 186
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Un code numérique simulant le comportement d es dislocations à l'échelle mésoscopique (Dynamique des Dislocations Discrètes) a été utilisé pour étudier la plasticité cyclique dans les grains de surface d'un acier inoxydable 316L, afin de comprendre le scénario qui conduit à la formation d'une fissure et d'élaborer un modèle d'amorçage. Dans un premier temps, la formation et l'évolution des microstructures de dislocations a été étudiée : elle a montré que le glissement dévié jouait un rôle majeur dans la localisation de la déformation plastique. Dans un second temps, l'origine physique de l'endommagement est étudiée d'une part à partir de l'évolution du relief de surface induit par l'émergence des dislocations à l'extérieur du cristal et d'autre part grâce aux calculs de l'énergie stockée par la microstructure. Cette étude a montré qu'un relief de surface irréversible en extrusion/intrusion pouvait être induit par le seul mouvement des dislocations, et que le nombre de cycles à l'amorçage suivait alors une loi du type Manson-Coffin. L'étude de l'énergie de distorsion emmagasinée par lê microstructure montre que des zones favorables à l'apparition de fissures existent dès les premiers cycles, et que la propagation en mod Il dans les grains de surface résulte d'un ensemble de microdécohésions le long des plans de glissement primaires, favorisées par diver effets (concentration de contraintes associées au relief de surface, effet d'environnement...). Enfin, ces études de fatigue ont permis d'ébaucher un modèle physique d'écrouissage cinématique utilisable par les modèles continus di plasticité cristalline dont les variables d'états sont les densités de dislocations.
Author: Medhi Salem
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Languages : fr
Pages : 246
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Dans les conditions industrielles comme dans les essais de laboratoire, l'endommagement des aciers à outils de mise en forme à chaud, en particulier en fonderie sous pression d'aluminium, se fait par un couplage complexe entre Fatigue Thermique (FT) et mécanismes de dégradation sous l'effet de l'environnement. En effet, à partir de 500 °C sous air ambiant, une couche d'oxyde de fer duplex, constituée d'une partie interne riche en chrome et d'une partie externe pauvre en chrome, se forme sur la surface de l'acier. Par ailleurs, lors du contact avec l'alliage d'aluminium en fusion, l'interaction entre l'aluminium et le fer entraîne la croissance d'une couche intermétallique polyphasée. Nous avons développé une approche expérimentale consistant à découpler les sollicitations afin d'étudier les différents mécanismes d'endommagement de manière distincte ainsi que sous conditions complexes. Un essai de corrosion dans un bain fondu a permis d'étudier l'aluminisation entre l'alliage d'aluminium AlSi9Cu3 et l'acier à outil X38CrMoV5, en conditions statique et isotherme. L'évolution de l'épaisseur totale de la couche intermétallique, régie par la diffusion, est considérablement influencée par les phénomènes de dissolution notamment au-delà de 650 °C. D'autre part, un banc d'essai de FT par induction, travaillant sous différentes atmosphères et pressions partielles d'oxygène, a permis d'étudier les effets de l'oxydation. Des éprouvettes axisymétriques en forme de disque, vierges ou pré-aluminisées, ont été soumises à différents cycles thermiques (Tmin = 100 °C, Tmax de 550 à 650 °C à l'extrémité de l'éprouvette), avec une vitesse de chauffage constante (420 °C.s-1). À 550 °C, l'endommagement se fait par écaillage cyclique de la couche d'oxyde ; aucune macro-fissuration n'est observée jusqu'à 400 000 cycles. Au delà de cette température, lorsque la couche superficielle est compacte et adhérente, elle subit d'abord une micro-fissuration périodique et parallèle. À partir de ce réseau de " faïençage uni-axial ", plusieurs fissures macroscopiques se propagent successivement dans l'acier. En revanche, en l'absence de couche superficielle compacte, on n'obsreve pas de micro-fissuration préalable et les macro-fissures apparaissent simultanément lorsque la dureté de l'acier atteint un seuil d'adoucissement critique. La propagation des macro-fissures à l'échelle macroscopique se fait en mode I perpendiculairement à l'axe ortho-radial. Les macro-fissures atteignent des profondeurs différentes en fonction de leur nombre. Une analyse thermique et thermo-mécanique par éléments finis utilisant des lois de comportement " thermo-élasto-plastique " (EP) et " thermo-élasto-visco-plastique " (EVP) a été réalisée. Elle a montré que le choix du modèle est sans conséquence si le critère de durée de vie est basé sur l'amplitude de contrainte. Par contre, le modèle EVP se révèle plus adapté lorsque d'autres paramètres sont considérés (comme la contrainte maximale pour l'estimation de l'amorçage), car il tient compte des effets liés au temps (vitesse de sollicitation et évolution microstructurale). Le concept de la mécanique linéaire de la rupture a été utilisé pour modéliser les cinétiques de fissuration. Le Facteur d'Intensité de Contrainte (FIC) a été calculé en utilisant la fonction de poids développée par Bueckner. L'ouverture résiduelle des fissures mesurée à froid a permis de valider le calcul de FIC.
Author: Kokleang Vor
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Languages : fr
Pages : 265
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Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la dégradation par fatigue des structures nucléaires. Dans un premier temps, des essais de propagation d'une fissure longue par fatigue ont été menés sur des éprouvettes CT et SENT, dans l'acier inoxydable austénitique 304L, pour différentes conditions d'essai. Les influences d'une pré-déformation initiale ainsi que l'histoire du chargement sur le niveau de fermeture ont ainsi été mises en évidence et quantifiées. La comparaison d'essais sous air et sous vide a également permis de confirmer les effets d'environnement. Un second volet expérimental a porté sur la propagation d'une fissure courte pour différentes amplitudes constantes du facteur d'intensité de contraintes, avec un rapport de charge R = 0,1, sous air. La fermeture a été mesurée pour différentes longueurs de fissure obtenues par usinage progressif du sillage plastique puis par propagation d'une fissure courte 2D. Une méthode de détermination automatique du niveau de fermeture a été mise en place, permettant une détection précise pour des longueurs de fissure minimales de 0,1 mm. L'influence prépondérante de la longueur de la fissure sur la fermeture a ensuite été identifiée. Des calculs tridimensionnels par éléments finis ont ensuite été réalisés sur le code ABAQUS, avec prise en compte du sillage plastique et de la fermeture par plasticité. Les essais numériques ont permis de retrouver, en les expliquant, les différents résultats expérimentaux précédemment obtenus.
Author: Huiji Shi
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Languages : fr
Pages : 300
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Book Description
Les essais de fatigue thermomécanique, sous amplitudes de déformation totale imposée, ont été effectués sur un acier inoxydable 316L. A l'aide d'un micro-ordinateur, on réalise la superposition des cycles mécaniques et thermiques, hors phase et en phase. La variation de température est contrôlée sur deux intervalles, 250c-500c et 250c-650c, avec la même forme de cycle mécanique. La vitesse de déformation est 0,0001/s et les amplitudes de déformation imposée sont comprises entre 1,0% et 2.4%. Une simulation de la réponse contrainte-déformation en fatigue thermomécanique au cycle stabilisé a été réalisée à partir de la loi de comportement à écrouissage cinématique à différentes températures et avec les données issues de la fatigue isotherme. Dans cette simulation la fonction de cycle thermique est considérée comme une variable interne. La boucle d'hystéresis calculée par cette méthode s'accorde bien avec celle obtenue experimentalement. D'après l'obtention de la simulation, un modèle d'endommagement associé à la densité d'énergie dissipée équivalente est établi pour prédire la durée de vie du matériau en fatigue thermomécanique. L'endommagement par cycle est apporté au cycle stabilisé et le cumul d'endommagement est considéré linéaire. L'influence de la variation de température est introduite par le biais du facteur d'endommagement de température. La prévision de la durée de vie en fatigue thermomécanique en phase et hors phase sur l'acier 316L avec notre méthode donne des résultats satisfaisants et proches des données expérimentales
Author: Yiting Cui
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Languages : en
Pages : 217
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