Etude expérimentale de la sensibilité mécanique d'alliages d'aluminium à des chargements cumulés de fatigue et de choc PDF Download
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Author: Mathieu Lambert
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Languages : fr
Pages : 202
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Book Description
L'objectif de ce travail concerne l'étude du cumul de sollicitations (i.e. chargements séquentiels) de choc et de fatigue sur alliages d'aluminium. De nouveau dispositifs de mesure de l'effort (inspiré de la technologie Hopkinson) et d'interruption d'essai sont développés et mis en place sur le banc de rupture en dynamique. Les matériaux d'étude (2017A-T3 et 5454-O) sont premièrement caractérisés pour les sollicitations de base : chargement uni-axiaux de traction-compression en fatigue dans le domaine de l'endurance (Vibrophore) et de traction par choc à 5 m.s-1 (Roue à inertie), conduisant à une vitesse de déformation de 300 s-1. Diverses configurations de préchargements de fatigue et de traction (quasi-statique et dynamique) sont réalisées avant d'étudier les comportements résiduels au choc et en fatigue respectivement. La synchronisation d'un système de visualisation multi-caméras CCD au signal d'effort de la roue permet l'obtention d'informations qualitatives et quantitatives du processus de déformation à rupture (temps d'apparition et de développement du phénomène de striction ; contrainte, déformation et vitesse de déformation longitudianles). Cette étude révèle une importante différence d'effet mémoire entre les deux matériaux. Quel que soit la séquence de cumul réalisée, fatigue-choc ou choc-fatigue, l'alliage 2017-T3 montre une forte sensibilité au préchargement...
Author: Mathieu Lambert
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Pages : 202
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L'objectif de ce travail concerne l'étude du cumul de sollicitations (i.e. chargements séquentiels) de choc et de fatigue sur alliages d'aluminium. De nouveau dispositifs de mesure de l'effort (inspiré de la technologie Hopkinson) et d'interruption d'essai sont développés et mis en place sur le banc de rupture en dynamique. Les matériaux d'étude (2017A-T3 et 5454-O) sont premièrement caractérisés pour les sollicitations de base : chargement uni-axiaux de traction-compression en fatigue dans le domaine de l'endurance (Vibrophore) et de traction par choc à 5 m.s-1 (Roue à inertie), conduisant à une vitesse de déformation de 300 s-1. Diverses configurations de préchargements de fatigue et de traction (quasi-statique et dynamique) sont réalisées avant d'étudier les comportements résiduels au choc et en fatigue respectivement. La synchronisation d'un système de visualisation multi-caméras CCD au signal d'effort de la roue permet l'obtention d'informations qualitatives et quantitatives du processus de déformation à rupture (temps d'apparition et de développement du phénomène de striction ; contrainte, déformation et vitesse de déformation longitudianles). Cette étude révèle une importante différence d'effet mémoire entre les deux matériaux. Quel que soit la séquence de cumul réalisée, fatigue-choc ou choc-fatigue, l'alliage 2017-T3 montre une forte sensibilité au préchargement...
Author: Patrice Peyre
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Languages : fr
Pages : 0
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Le travail effectué a concerné l'étude du traitement par choc-laser d'alliages d'aluminium utilisés industriellement afin d'améliorer leurs performances en fatigue. Le choc-laser est un nouveau traitement de surface purement mécanique utilisant l'énergie thermique d'une lumière-laser pour la création d'un plasma superficiel à haute-pression, la détente du plasma créant un transfert d'impulsion mécanique (=ondes de choc) dans la cible et de la déformation plastique. Le laser solide Verre dopé Néodyme (=1,06 m) du LALP a permis de générer des pressions d'impact comprises entre 0 et 3 GPa pour un mode de confinement du plasma par de l'eau ; ce qui autorise le traitement de tous les alliages d’aluminium connus par dépassement des limites d'élasticité sous choc (= d'Hugoniot) des alliages. Nous avons en premier lieu analysé expérimentalement la propagation des ondes de choc dans les alliages d’aluminium étudiés (AS7GO3, AS12UNG, 7075) et comparé les résultats obtenus (limites d'Hugoniot, profondeurs plastifiées) avec un code de simulation numérique. Les effets mécaniques induits par le traitement ont été analysés à travers : les champs de contraintes résiduelles (surface et profondeur), les enfoncements résiduels, le microdurcissement des surfaces... Les mesures de contraintes résiduelles nous ont permis de définir des conditions de flux propres à chaque alliage afin de traiter des éprouvettes de fatigue entaillées simulant des concentrations de contrainte réelles. Les résultats de fatigue font état de gains de +20 à +35 % sur la limite d'endurance en flexion 3 points à R=0,1 des éprouvettes. Ces gains sont associés à une augmentation de la phase d'amorçage des fissures (détection électrique de l'amorçage). Comparativement, un grenaillage de précontrainte a donné de moins bons résultats en fatigue sur 7075 en raison principalement de l'état de surface et des faibles profondeurs plastifiées.
Author: Hongbin Song
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Languages : fr
Pages : 176
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L’objectif de cette étude est d’analyser le gradient des contraintes résiduelles induites par le traitement de choc laser (CL) sur 2 alliages d’aluminium (6056-T4 et 2050-T8) par la diffraction des rayons X (DRX) et par modélisation numérique en éléments finis, en portant une attention particulière à l’extrême surface du matériau. Pour étudier le gradient des contraintes résiduelles (CR) à l’extrême surface (moins de 10 μm), deux méthodes d’analyse par DRX en faible incidence (sin2ψ* et multi-réflexions) ont été adaptées et appliquées. Les deux méthodes ont été testées avec succès et ont permis pour la premières fois, d’accéder aux états mécaniques proches de la surface après CL. Un modèle de simulation numérique en 3D de l’état mécanique induit par choc-laser a également été développé au cours de cette étude. L’utilisation de chargements P=f(t) valides et de conditions aux limites réalistes (élément infinis en bord de massif) a permis d’estimer les déformations et les contraintes résiduelles introduites par un ou par plusieurs impacts laser. Différentes améliorations ont pu être apportées au modèle, comme la prise en compte de comportements distincts pour les couches superficielles, et le matériau à cœur. Le modèle a été appliqué à différentes conditions expérimentales (taux de recouvrement, diamètre d’impact et pression variables) et a pu être confronté avec succès en expérience, que ce soit pour la simulation de mono-impact laser ou pour la simulation de multi-impacts. L’approche numérique nous a également permis d’évaluer l’hétérogénéité de la distribution de contraintes résiduelles en surface du matériau.
Author: Benaïssa Malek (chercheur).)
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Languages : fr
Pages : 190
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Les alliages d'aluminium anodisés sont largement utilisés dans la construction aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, leur résistance à la corrosion et leur faible densité. Cependant, le processus d'anodisation conduit souvent à une réduction de la résistance en fatigue. De plus, les pièces sont généralement soumises à des sollicitations multiaxiales en service et il apparaît donc nécessaire d'étudier, non seulement l'effet de l'anodisation, mais également de le corréler à la nature du chargement.L'objectif de la thèse est donc d'identifier et de caractériser les différents mécanismes impliqués dans l'effet de l'anodisation de l'alliage 2618-T851 sur sa tenue en fatigue et de déterminer l'impact de la nature du chargement. Dans un premier temps, des essais de fatigue uniaxiale en traction et torsion ont été effectués sur des éprouvettes à l'état brut présentant différentes rugosités de surface et sous différents rapports de contrainte. Il a été constaté que la rugosité de surface n'avait aucun effet quelle que soit la nature du chargement. En revanche, une contrainte moyenne normale ou de cisaillement non nulle réduit la durée de vie en fatigue. Les essais effectués sur les éprouvettes décapées, anodisées, imprégnées et finalement colmatées ont montré qu'en traction, l'abattement de la durée de vie est dû principalement à l'étape d'oxydation anodique. Par contre, en torsion, la tenue en fatigue de l'alliage n'est pas sensible au processus d'anodisation.Ensuite, le matériau a été étudié en fatigue multiaxiale, en traction-torsion sous différents rapports de contrainte et différents angles de déphasage à l'état usiné et anodisé. Nous avons constaté que l'anodisation a un effet néfaste comme dans le cas de la traction pure et que le matériau n'est pas sensible au déphasage quel que soit le rapport d'amplitude de contrainte. L'alliage a été étudié sous chargements multiaxiaux intégrant la pression interne pour analyser le comportement en fatigue de l'alliage sous ce type de chargement. L'analyse des faciès de rupture a montré qu'en général, nous retrouvons un amorçage de fissures à partir de particules intermétalliques Al9FeNi avec la présence d'un site unique pour l'alliage à l'état brut d'usinage et un amorçage à partir de la couche d'oxyde avec la présence de multi-sites dans le cas des éprouvettes anodisées.Concernant les prévisions de la durée de vie, nous avons utilisé différentes approches de type plan critique (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger et Macha) pour prédire les durées de vie sous différentes combinaisons de chargement. Finalement, un modèle inspiré du modèle de Kluger a été proposé.
Author: Florentinus Adiwijayanto
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Languages : fr
Pages : 234
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CETTE ETUDE A POUR OBJET DE COMPARER LES MECANISMES DE FISSURATION PAR FATIGUE D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM-LITHIUM DU TYPE 8090C T851 ET LE 2024 T351, SOUS CHARGEMENTS D'AMPLITUDE CONSTANTE ET SOUS SPECTRES REPRESENTATIFS DES SOLLICITATIONS SUBIES PAR L'INTRADOS D'UNE AILE D'AVION. SOUS CHARGEMENT D'AMPLITUDE CONSTANTE, LA RESISTANCE A LA FISSURATION, A L'AIR ET SOUS VIDE, DU 8090C T851 EST SUPERIEURE OU EGALE A CELLE DU 2024 T351. LA DIFFERENCE S'AMENUISE LORSQU'IL S'AGIT D'ESSAIS A L'AIR ET A R ELEVE. CE COMPORTEMENT EST ATTRIBUE A L'EFFET DE FERMETURE. SOUS CHARGEMENT D'AMPLITUDE VARIABLE, LA RESISTANCE A LA FISSURATION SOUS VIDE DE L'ALLIAGE ALUMINIUM-LITHIUM EST NETTEMENT SUPERIEURE A CELLE DE L'ALLIAGE 2024 ALORS QUE, SOUS AIR, LES VITESSES DE FISSURATION SONT QUASI SIMILAIRES POUR LES DEUX ALLIAGES. L'ETUDE DES MICRO-MECANISMES PERMET D'IDENTIFIER TROIS MECANISMES PRINCIPAUX: 1) UN MECANISME APPELE STADE I-LIKE, A CARACTERE CRISTALLOGRAPHIQUE DOMINANT DU A L'ACTIVATION D'UN SEUL SYSTEME DE GLISSEMENT SELON UN PLAN 111, 2) UN MECANISME ASSOCIE A LA PROPAGATION SUIVANT UN PLAN 100 PAR ACTIVATION DE GLISSEMENT SELON DEUX PLANS 111, 3) LE MECANISME ASSOCIE A L'ACTIVATION DE PLUSIEURS SYSTEMES DE GLISSEMENT SIMULTANES (STADE II) AVEC UN PLAN MOYEN DE FISSURATION 100. L'ANALYSE QUANTITATIVE DES FACIES DE RUPTURE MONTRE QUE DANS LE 8090C T851 LE MODE DE RUPTURE PREDOMINANT DEPEND DES CONDITIONS DE SOLLICITATION ET D'ENVIRONNEMENT, TANDIS QUE DANS LE 2024 T351, LE MECANISME DE FISSURATION PREDOMINANT EST TOUJOURS LE STADE II. CETTE ANALYSE PERMET D'ETABLIR DES MODELES DE PREVISION DE DUREE DE VIE
Author: Ahmed Sadok
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Languages : fr
Pages : 164
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ETUDE EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE A DEFORMATION IMPOSEE DE L'ALLIAGE AL-1,5 CU-2,6 MG-5,8 ZN AYANT SUBI DIFFERENTS TRAITEMENTS THERMIQUES. INFLUENCE DES ZONES DE GUINIER-PRESTON ET DE LA PRECIPITATION DES PHASES DURCISSANTES SUR LE COMPORTEMENT MECANIQUE. MISE EN EVIDENCE DES PHENOMENES DE CONSOLIDATION OU D'ADOUCISSEMENT. ANALYSE DE LA RUPTURE ET DETERMINATION DES DUREES DE VIE EN FATIGUE
Author: THOMAS.. AUZANNEAU
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Languages : fr
Pages : 189
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Book Description
DANS L'INDUSTRIE AEROSPATIALE ET DANS LE DOMAINE DU NUCLEAIRE PRINCIPALEMENT, OU LES EXIGENCES EN TERME DE SECURITE SONT RIGOUREUSES, LES PROPRIETES MECANIQUES DE RESISTANCE A L'IMPACT ET A LA FATIGUE DEMEURENT FONDAMENTALES. CETTE PROBLEMATIQUE EST IMPORTANTE EGALEMENT POUR L'ENSEMBLE DES PIECES TOURNANTES UTILISEES PAR LES SYSTEMES MECANIQUES DANS L'INDUSTRIE DU TRANSPORT. SI DE NOMBREUX TRAVAUX S'ATTACHENT A QUALIFIER LES TENUES AU CHOC OU EN FATIGUE, RARES SONT CEUX QUI TRAITENT D'EVENTUELS CHARGEMENTS COMBINES. LE TRAVAIL PROPOSE CONSISTE A ANALYSER L'INFLUENCE D'UNE SOLLICITATION DE FATIGUE SUR LA TENUE AU CHOC D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM 2017A T3. LE MATERIAU D'ETUDE A ETE CARACTERISE POUR LES SOLLICITATIONS DE BASE : CHARGEMENTS UNI-AXIAUX DE TRACTION-COMPRESSION EN FATIGUE DE CENT MILLE A UN MILLION DE CYCLES AVEC UN VIBROPHORE ET DE TRACTION DYNAMIQUE A 5 M/S AVEC UNE ROUE A INERTIE. LA MINIMISATION DES EFFETS DYNAMIQUES POUR CE DERNIER DISPOSITIF D'ESSAI ET LA MISE EN OEUVRE D'UN PROCESSUS DE POST-TRAITEMENT PERMETTENT DESORMAIS UNE EXPLOITATION DIRECTE DES LOIS HORAIRES EN FORCE. DIFFERENTES CONFIGURATIONS DE PRE-ENDOMMAGEMENT PAR FATIGUE ONT ETE ETUDIEES. DES COMPORTEMENTS PROPRES AUX CHARGEMENTS COMBINES FATIGUE-CHOC ONT PU ETRE DEGAGES NON SEULEMENT POUR DES LOIS DE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUES MAIS ENCORE AU NIVEAU DES OBSERVATIONS MICRO-STRUCTURALES : AUGMENTATION IMPORTANTE DE LA CONTRAINTE D'ECOULEMENT EN DYNAMIQUE POUR CERTAINES CONFIGURATIONS DE PRE-ENDOMMAGEMENT, OUVERTURE DE MICRO-FISSURES EN STADE DE PROPAGATION INITIALE. DE PLUS, CE TRAVAIL MONTRE QUE LES LOIS HORAIRES EN FORCE TRADUISENT LES PROCESSUS DE RUPTURE ACTIVES MAIS NE TEMOIGNENT PAS DE LA MICRO-FISSURATION SURFACIQUE DIFFUSE : CE MATERIAU ADMET UN TAUX D'ENDOMMAGEMENT NON NEGLIGEABLE AVANT DE VOIR SES PROPRIETES RESIDUELLES DE TENUE AU CHOC ALTEREES. LES LIMITES DE LA NOTION DE PROBABILITE DE RUPTURE EN FATIGUE ONT FAVORISE LA MISE EN OEUVRE D'UNE METHODE D'ANALYSE MIXTE - EXPERIMENTALE (EMISSION SONORE) ET NUMERIQUE - PAR ANALYSE MODALE AFIN DE DEFINIR UN MARQUEUR D'ENDOMMAGEMENT. UN SEUIL DE NON DEFAILLANCE - VOLUME CRITIQUE ENDOMMAGE EN-DESSOUS DUQUEL LA SOLLICITATION DE FATIGUE N'A PAS D'INFLUENCE SUR LA TENUE AU CHOC - ET UN SEUIL DE RUINE SONT ALORS ETABLIS.
Author: Erembert Nizery
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Languages : fr
Pages : 288
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Book Description
Les alliages d'aluminium utilisés dans les structures aéronautiques (fuselage, voilure) sont soumis à des chargements cycliques, faisant de la fatigue l'un des facteurs dimensionnant. Dans cette thèse, les mécanismes d'amorçage de ces fissures de fatigue - au niveau des particules intermétalliques - et de micropropagation sont étudiés expérimentalement et numériquement sur les alliages 2050-T8 et 7050-T7451. Les analyses des premiers chapitres portent sur la description des particules intermétalliques qui sont les plus susceptibles de donner lieu à une amorce de fissure dans la matrice d'aluminium. Les effets de la nature des particules et de leur taille sont quantifiés. La proximité entre les particules intermétalliques et les pores y est décrite. Cette analyse expérimentale fait intervenir des observations de surface en microscopie électronique à balayage (MEB), ainsi que des caractérisations tridimensionnelles (3D) réalisées à l'aide de la tomographie par rayonnement synchrotron. Dans les chapitres suivants, les analyses traitent de la prévision des chemins de fissuration à l'échelle d'un grain. Elles s'appuient sur des observations expérimentales de surface et des simulations de plasticité cristalline 3D pour comprendre les chemins de fissuration. Un modèle d'endommagement tenant compte de la cristallographie est alors proposé pour simuler la propagation de fissure par éléments finis.
Author: LAURENCE.. HAUTEFEUILLE-BEYLAT
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Languages : fr
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Book Description
LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE DEUX ALLIAGES D'ALUMINIUM EST ETUDIE. L'ALLIAGE 2091 EST UN ALLIAGE QUATERNAIRE AL-LI-CU-MG. LES PRINCIPAUX ELEMENTS D'ADDITION DE L'ALLIAGE 2024 SONT LE CUIVRE ET LE MAGNESIUM. L'ANALYSE DES PHASES PRECIPITEES ET LES MODES DE DEFORMATION SOUS CHARGEMENT MONOTONE, PERMET D'EXPLIQUER L'EVOLUTION DE LA TENACITE DE CES ALLIAGES EN FONCTION DES TRAITEMENTS THERMIQUES. LE COMPORTEMENT ET LA STRUCTURE DE DISLOCATIONS DES ALLIAGES A L'ETAT SOUS-VIEILLI SONT ENSUITE CARACTERISES LORS D'UNE SOLLICITATION CYCLIQUE DE TRACTION-COMPRESSION. LORS D'UNE SOLLICITATION MULTIAXIALE DE L'ALLIAGE 2024 T3, L'APPARITION D'UNE NOUVELLE STRUCTURE DE DISLOCATIONS MET EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DU TRAJET DE CHARGEMENT
Author: Driss El khoukhi
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Ces travaux de thèse portent sur la tenue en fatigue d'alliages Al-Si de fonderie pour des applications dans l'automobile. Ils concernent plus précisément (i) l'effet des hétérogénéités microstructurales sur la dispersion en tenue en FGNC et (ii) leurs rôles sur les effets d'échelle et de gradient de contrainte. Les hétérogénéités microstructurales caractéristiques de cette famille de matériau sont la matrice d'aluminium, les inclusions (particules de silicium, intermétalliques) et les défauts de fonderie (films d'oxyde et porosités). L'expérience montre que les pores et les oxydes sont des facteurs du premier ordre. Ils sont également responsables des effets d'échelle, de gradient de contrainte et de la grande dispersion observée. Afin de comprendre le rôle des caractéristiques de la population de défauts (densité et distribution en taille des pores), sur l'intensité de ces phénomènes, une vaste étude expérimentale avec plus de 220 éprouvettes est menée en utilisant deux alliages d'aluminium de fonderie issus de procédés de fonderie distincts (alliage A (AS7U0,5G0,3 K T7) et alliage B (AS7G0,3 PMP T7)). La principale différence entre ces deux concerne les caractéristiques de la population de défauts. Les essais de FGNC à R=0.1 sont conduits avec un seul mode de chargement. Il s'agit d'un chargement uni-axial en traction avec deux types d'éprouvettes. Des éprouvettes lisses pour la caractérisation des effets d'échelle et des éprouvettes entaillées pour la caractérisation des effets de gradient. La méthode de volume le plus contraint est utilisée dans l'analyse conjointe des deux effets.Une démarche de modélisation probabiliste pour la prédiction de la tenue en fatigue basée sur la théorie de Monte-Carlo est ensuite développée. Elle repose sur (i) la génération numérique des défauts en utilisant la loi de Poisson, (ii) l'utilisation des statistiques des extrêmes pour extraire les défauts critiques et (iii) l'utilisation du diagramme de Kitagawa-Takahashi pour générer les distributions en résistance. Cette approche conduit à des résultats en accord avec l'expérience et permet la prédiction de la limite d'endurance avec une erreur inférieure à 5% pour les différents lots.Enfin, une étude complémentaire est menée afin d'évaluer l'effet de la différence de teneur en Cu sur le comportement en fatigue. Il est prouvé que le Cu a un effet négligeable sur la tenue en fatigue dans ce cas d'étude. La même étude a permis d'analyser l'effet de microstructure sur le comportement des fissures courtes. Les résultats sont en accord avec d'autres travaux de la littérature.
