Etude expérimentale et numérique de l'amorçage et de la propagation de fissure de fretting dans un assemblage roue-essieu ferrovière PDF Download
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Author: Arsène Yameogo
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Languages : fr
Pages : 200
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Book Description
La SNCF et Valdunes s'intéressent au comportement en fatigue de l'assemblage roue-essieu, plus particulièrement, à la fissuration par fretting fatigue sous portée de calage. la modélisation par la méthode des éléments finis mise en place, permet à la fois de déterminer l'état des contraintes résiduelles résultant du frettage à la presse et d'étudier la redistribution de ces contraintes sous sollicitations cycliques. Le contact (modèle de Coulomb) et le comportement élastoplastique des matériaux (modèle de Lemaître et Chaboche) sont pris en compte par le modèle. Les non-linéarités ainsi introduites pénalisant fortement les temps de calcul, une méthode de "submodelling" a été mise en oeuvre. Les simulations montrent que la structure s'adapte sous les chargements cycliques, ce qui permet l'utilisation de critères multiaxiaux de fatigue polycycliques. La confrontation des résultats avec ceux obtenus par des essais de fatigue, montre que la prédiction de l'amorçage de fissures de fretting fatigue est possible en appliquant les critères de fatigue classique, notamment, le critère de Dang Van. la propagation de la fissure sous la portée est modélisée numériquement en appliquant la loi de Paris, le facteur d'intensité des contraintes en mode I étant calculé empiriquement à partir de l'état mécanique stabilisé. Il apparait un chargement seuil en deçà duquel la fissure s'arrête. Cet arrêt s'explique par l'entrée de la fissuration dans le champ de contraintes résiduelles de frettage fortement compressif en sous-couche. Par ailleurs, les expertises réalisées en maintenance révèlent l'existence d'une profondeur maximale de fissuration, en accord avec les résultats du modèle numérique.
Author: Arsène Yameogo
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Languages : fr
Pages : 200
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La SNCF et Valdunes s'intéressent au comportement en fatigue de l'assemblage roue-essieu, plus particulièrement, à la fissuration par fretting fatigue sous portée de calage. la modélisation par la méthode des éléments finis mise en place, permet à la fois de déterminer l'état des contraintes résiduelles résultant du frettage à la presse et d'étudier la redistribution de ces contraintes sous sollicitations cycliques. Le contact (modèle de Coulomb) et le comportement élastoplastique des matériaux (modèle de Lemaître et Chaboche) sont pris en compte par le modèle. Les non-linéarités ainsi introduites pénalisant fortement les temps de calcul, une méthode de "submodelling" a été mise en oeuvre. Les simulations montrent que la structure s'adapte sous les chargements cycliques, ce qui permet l'utilisation de critères multiaxiaux de fatigue polycycliques. La confrontation des résultats avec ceux obtenus par des essais de fatigue, montre que la prédiction de l'amorçage de fissures de fretting fatigue est possible en appliquant les critères de fatigue classique, notamment, le critère de Dang Van. la propagation de la fissure sous la portée est modélisée numériquement en appliquant la loi de Paris, le facteur d'intensité des contraintes en mode I étant calculé empiriquement à partir de l'état mécanique stabilisé. Il apparait un chargement seuil en deçà duquel la fissure s'arrête. Cet arrêt s'explique par l'entrée de la fissuration dans le champ de contraintes résiduelles de frettage fortement compressif en sous-couche. Par ailleurs, les expertises réalisées en maintenance révèlent l'existence d'une profondeur maximale de fissuration, en accord avec les résultats du modèle numérique.
Author: Lingtao Sun
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Languages : fr
Pages : 0
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La liaison aube-disque d'un turboréacteur est soumise en opération à un chargement complexe composé d'une forte pression et d'un mouvement relatif oscillatoire, qui génère un phénomène de fretting-fatigue. L'apparition de celui-ci réduit la résistance en fatigue des structures et engendre des dégradations qui, sous différentes formes (usure, rupture), peuvent conduire à une perte de fonctionnalité. Afin d'assurer la fiabilité des turboréacteurs, il est donc utile d'améliorer l'estimation de la durée de vie sous chargement de fretting.Cette thèse est dédiée à la fois à l'étude de l'amorçage de la première fissure et de sa micropropagation dans le domaine dit "des fissures courtes", c'est-à-dire celles qui sont encore directement influencées par la microstructure locale. Pour remplir la première exigence, on développe un modèle numérique mettant en oeuvre un critère multiaxial de fatigue. Il permet de prédire la position de l'amorçage et le nombre de cycles correspondant, en prenant en compte d'éventuels traitements de surface. Dans un second temps, une étude numérique de la direction et de la cinétique de propagation des fissures est mise en place avec prise en compte de l'influence de la microstructure du matériau, à l'aide d'un modèle de plasticité cristalline qui prend en compte les différentes familles de systèmes de glissement. La vitesse de fissuration diminue à l'approche des joints de grains, ce qui est qualitativement conformes aux observations expérimentales.
Author: VALERIE.. LAMACQ
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Languages : fr
Pages : 252
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CE TRAVAIL A ETE CONSACRE A LA COMPREHENSION ET LA MODELISATION A L'ECHELLE MACROSCOPIQUE DES MECANISMES DE FISSURATION SOUS UN CHARGEMENT DE FRETTING FATIGUE STATIQUE (FFS). LES FISSURES SONT SOLLICITEES EN MODE MIXTE SOUS CONDITIONS NON PROPORTIONNELLES (CNP). LES CONCEPTS CLASSIQUES DE LA MECANIQUE ELASTIQUE LINEAIRE DE LA RUPTURE NE PERMETTANT PAS DE CONSIDERER CES DIFFERENTES CONDITIONS, IL ETAIT NECESSAIRE DE PROPOSER UNE NOUVELLE APPROCHE. POUR CELA NOUS AVONS MENE CONJOINTEMENT UNE ETUDE EXPERIMENTALE ET UNE ETUDE THEORIQUE. DEUX CAMPAGNES D'ESSAIS COMPLEMENTAIRES ONT ETE MENEES AFIN D'ETUDIER LA FISSURATION SOUS FFS. LA PREMIERE ETUDE A ETE CONDUITE SUR TROIS ALLIAGES D'ALUMINIUM AERONAUTIQUES. TOUTES LES OBSERVATIONS ONT ETE REALISEES APRES ESSAI DE FACON DESTRUCTIVE. LA REPONSE DES MATERIAUX A ETE ANALYSEE EN TERMES DE DEGRADATIONS. NOUS AVONS ENSUITE DEFINI LES SITES D'AMORCAGE ET LES DIRECTIONS DE PROPAGATION AU COURS DES STADES I ET II. LA SECONDE CAMPAGNE A ETE CONDUITE SUR UN MATERIAU PHOTOELASTIQUE. LA VISUALISATION EN TEMPS REEL DE L'EVOLUTION DES ISOCHROMES LE LONG DES FACES DE FISSURES NOUS INDIQUE LE COMPORTEMENT DES FISSURES. L'AMORCAGE ET LA PROPAGATION DES FISSURES ONT ETE OBSERVES EN TEMPS REEL. L'ETUDE DE L'EVOLUTION DES VITESSES DE PROPAGATION COUPLEE AUX OBSERVATIONS DES FACIES DE FISSURES NOUS A PERMIS DE DEFINIR DIFFERENTES PERIODES DE PROPAGATION. L'OBJECTIF DE L'ETUDE THEORIQUE ETAIT D'IDENTIFIER LES PARAMETRES MACROSCOPIQUES GOUVERNANT LES DIFFERENTES PERIODES DE PROPAGATION SOUS FFS. TOUT D'ABORD, NOUS AVONS ANALYSE LES MECANISMES D'AMORCAGE ET DE PROPAGATION AU COURS DU STADE I. NOTRE APPROCHE S'EST INSCRITE DANS LE CADRE DE LA MMC. ELLE NOUS A PERMIS DE PREVOIR LES SITES D'AMORCAGE PRES ET DANS L'AIRE DE CONTACT AINSI QUE LES PREMIERES DIRECTIONS DE PROPAGATION, SOUS DIFFERENTES CONDITIONS DE FRETTING. NOUS AVONS ENSUITE DEFINI LES CONDITIONS GOUVERNANT LA TRANSITION DU STADE I AU STADE II. ENFIN, NOUS AVONS DETERMINE LES DIRECTIONS ET MODES DE PROPAGATION AU COURS DU STADE II. AFIN DE PRENDRE EN COMPTE LES CNP EN POINTE DE FISSURES, UN CRITERE ADAPTE A NOTRE CHARGEMENT ET AU MATERIAU A ETE SELECTIONNE. POUR COMPLETER CETTE ANALYSE, UNE ETUDE PLUS DETAILLEE DES CHAMPS DE CONTRAINTES EN POINTE DE FISSURE NOUS A PERMIS DE DEFINIR PLUS CLAIREMENT LE MODE DE PROPAGATION DES FISSURES.
Author: Emilien Pierres
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Languages : fr
Pages : 179
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La maîtrise des mécanismes de rupture dans les problèmes de fretting requiert une analyse pluridisciplinaire des différents phénomènes physiques couplés pour prendre en compte les effets globaux et locaux, les sollicitations multiaxiales non proportionnelles et les conditions de contact interfacial avec frottement. Un modèle tridimensionnel éléments finis étendus mufti-échelles dédié au contact avec frottement entre les faces de la fissure est proposé. Une formulation faible mixte à trois champs permet une définition intrinsèque de la fissure avec sa propre discrétisation indépendante du maillage de la structure. Un solveur stabilisé adapté de la méthode LATIN est implémenté. Les propriétés de stabilité et les performances du modèle sont illustrées dans plusieurs exemples bidimensionnels et tridimensionnels. Le modèle est validé par comparaison avec un code éléments finis industriel. Une stratégie mufti-modèles globale basée sur l'analyse expérimentale et la simulation numérique de la propagation des fissures est développée afin de prédire la durée de vie de composants en frelling fatigue. Des essais de fretting fatigue sont réalisés afin d'analyser l'amorçage et la propagation de fissures. Les sollicilatrons tribologiques au cours du cycle sont déterminées par la résolution du contact deux-corps. La prédiction du risque d'amorçage des fissures est conduite. Ces résultats sont utilisés comme données d'entrée pour la modélisation X-FEM des essais de frettlng bidimensionnels et tridimensionnels. La simulation de la propagation des fissures est réalisée à l'aide de critères de propagation multiaxiale non proportionnels et d'une loi de propagation expérimentale.
Author: Jean Meriaux
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Languages : fr
Pages : 206
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L’optimisation du dimensionnement des structures passe par une meilleure connaissance de leur mode d’endommagement. Cette étude se focalise donc sur la caractérisation de l’endommagement du contact aube/disque des moteurs aéronautique. Cet assemblage mécanique est soumis a une combinaison d’un effort normal (force centrifuge) et tangentiel (dynamique de l’aube). La portée du disque en Ti-6Al-4V subi donc un chargement complexe de type fretting fatigue. Ce type de sollicitation entraine, entre autre dégradation, de la fissuration dont la modélisation expérimentale et numérique est rendue difficile par les limitations des moyens et des connaissances actuelles. Le premier objectif de ce travail de thèse est de développer un moyen d’essai et une instrumentation associée afin d’étudier de façon qualitative et quantitative la fissuration d’un contact Ti-6Al-4V/Ti-6Al-4V. Le second but est d’utiliser les données issues de ce moyen expérimental afin de proposer un modèle de prédiction des durées de vie de cet assemblage. Un montage inédit de fretting fatigue double vérin mono-contact a été mis en place avec une instrumentation nouvelle pour ce type d’essai : suivi de fissuration par suivi de potentiel et par émission acoustique. Une attention particulière a été apportée aux calibrations et aux méthodologies expérimentales. Ce banc d’essai permet notamment de simuler des efforts de fretting applique en phase ou alors de telle manière a simuler un vrai cycle de vol. Cet outil a permis de décrire quantitativement les premières courbes de Wohler en fretting à amorçage (Effort de fretting vs Nombre de cycles à amorçage) pour deux configurations de contact (cylindre/plan et plan/plan). Les impacts des différents paramètres de fretting sur l’amorcage ont pu être quantifies. Les paramètres influant sont : la configuration du contact, les niveaux des efforts appliques et leur mode de combinaison (cycles en phase ou cycles de type vol). De plus des courbes de cinétique de propagation des fissures ont pu être extraites des différents essais, montrant un fort impact du fretting sur les vitesses de propagation des fissures. Une analyse qualitative via l’émission acoustique a montré un mécanisme d’amorçage et de propagation en 3 étapes suivant la perte d’influence du contact. Un modèle de prédiction de l’amorçage et de simulation de la propagation des fissures a été mis en place. Bien que limite dans la prise en compte des effets gradients (approches non locales), ce modèle se montre très performant surtout dans sa capacité à utiliser les données expérimentales dans l’identification des lois d’amorçage ou de propagation. Ce travail a donc permis d’importantes avancées dans la compréhension des mécanismes de fissuration et dans leur modélisation ouvrant ainsi la porte vers une prédiction fiable de l’endommagement des contacts aube/disque.
Author: Valérie Gros
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Languages : fr
Pages : 221
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Le but de la thèse est la détermination des durées de vie à l'amorçage et en propagation d'un essieu de TGV. Le matériau étudié est un acier de type xc38 à l'état normalisé. L’étude est orientée à la fois sur l'amorçage des fissures courtes en relation avec la microstructure, et sur la propagation des fissures longues. La cause principale d'amorçage des fissures sur les essieux provient des entailles créées, en service, par les chocs de ballast sur le corps de l'axe. Ces impacts à grande vitesse entrainent deux effets antagonistes : une concentration de contraintes en fond d'entaille (qui tend à accélérer l'amorçage) et un écrouissage du matériau accompagne d'un champ de contraintes résiduelles de compression (qui tend à retarder l'amorçage et ralentir la propagation). La démarche suivie pour étudier les différentes phases de la durée de vie d'un essieu, et pour déterminer lequel des ces deux effets est prépondérant, débute par une compréhension des mécanismes d'amorçage des fissures sur des surfaces exemptes de défauts afin d'obtenir un modèle de référence. La limite entre les fissures dites courtes et les fissures longues est ainsi mise en évidence. La phase de propagation des fissures longues ainsi que le rôle des cycles en compression sur la vitesse de propagation ont également été étudiés. des mesures et des simulations numériques de l'ouverture des fissures ont permis de proposer un modèle capable d'évaluer la durée de vie des essieux. Par la suite, le rôle d'une entaille, due à un choc, sur la fissuration d'un essieu a été étudié expérimentalement et numériquement. Nous avons distingué l'effet sur la fissuration, de la concentration de contrainte (éprouvettes entaillées par électro-érosion), par rapport au rôle des contraintes résiduelles (éprouvettes entaillées par choc simulé). De plus, le champ de contrainte sous une entaille créée par un choc de ballast, ainsi que la redistribution des contraintes lors du cyclane en fatigue ont été déterminés par des calculs éléments-finis, et correspondent assez bien aux mesures effectuées par diffraction des neutrons.
Author: Krzysztof Kubiak
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Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
Le but de cette étude est la détermination de la durée de vie en l’amorçage et en propagation d’un acier XC38 (EA1N) utilisé comme matériau pour les essieux-axes de TGV soumis à des sollicitations complexes de fretting fatigue. Cette étude est plus précisément orientée sur la prédiction de l’amorçage des fissures en fonction de charges appliquées et la prédiction de la condition d’arrêt de propagation des fissures. Conformément à cette analyse, l’étude expérimentale se divisera en deux grandes parties : l’une aborde la problématique de la condition d’amorçage alors que l’autre traite des phénomènes de propagation. Dans la première partie, des essais spécifiques de fretting simple et fretting fatigue ont été réalises afin de caractériser les conditions seuil d’amorçage des fissures dans l’acier étudié. Ceci nous conduira à déterminer un seuil d’amorçage en fonction des conditions de chargement. On s’attachera en particulier à la mise en place de méthodes capables de prédire le risque d’amorçage et ainsi pouvoir définir un domaine de sûreté absolue vis à vis de la sollicitation de fretting fatigue. La deuxième partie de ce travail a concerné le problème de la propagation des fissures. Des essais de fretting simple et fretting fatigue ont été réalisés pour déterminer les lois de propagation des fissures avec notamment la mise en évidence des conditions d’arrêt de propagation. La méthodologie développée, qui intègre la propagation des fissures courtes puis des fissures longues, nous a permis de modéliser les courbes de Wöhler en fretting fatigue et surtout de prédire la condition d’arrêt de propagation des fissures en fretting fatigue.
Author: Emilien Pierres
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Languages : fr
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Book Description
La maîtrise des mécanismes de rupture dans les problèmes de fretting requiert une analyse pluridisciplinaire des différents phénomènes physiques couplés pour prendre en compte les effets globaux et locaux, les sollicitations multiaxiales non proportionnelles et les conditions de contact interfacial avec frottement. Un modèle tridimensionnel éléments finis étendus mufti-échelles dédié au contact avec frottement entre les faces de la fissure est proposé. Une formulation faible mixte à trois champs permet une définition intrinsèque de la fissure avec sa propre discrétisation indépendante du maillage de la structure. Un solveur stabilisé adapté de la méthode LATIN est implémenté. Les propriétés de stabilité et les performances du modèle sont illustrées dans plusieurs exemples bidimensionnels et tridimensionnels. Le modèle est validé par comparaison avec un code éléments finis industriel. Une stratégie mufti-modèles globale basée sur l'analyse expérimentale et la simulation numérique de la propagation des fissures est développée afin de prédire la durée de vie de composants en frelling fatigue. Des essais de fretting fatigue sont réalisés afin d'analyser l'amorçage et la propagation de fissures. Les sollicilatrons tribologiques au cours du cycle sont déterminées par la résolution du contact deux-corps. La prédiction du risque d'amorçage des fissures est conduite. Ces résultats sont utilisés comme données d'entrée pour la modélisation X-FEM des essais de frettlng bidimensionnels et tridimensionnels. La simulation de la propagation des fissures est réalisée à l'aide de critères de propagation multiaxiale non proportionnels et d'une loi de propagation expérimentale
Author: Ruichun Duan
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Languages : fr
Pages : 326
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Book Description
Ce travail est consacré à l'étude de l'endommagement en fretting fatigue d'un alliage d'aluminium 5086H24 dans un assemblage boulonné. Des essais de fatigue et des essais de fretting - fatigue sont réalisés sur des éprouvettes avec un trou central suivi ou non d'une expansion et sur des assemblages boulonnés en « Alu - Acier ». Une analyse micrographique sur les surfaces de contact et sur les facies de rupture a été réalisée afin d'identifier l'endommagement de contact et les sites d'amorçage. Un calcul aux éléments finis, prenant en compte le contact, a été développé en vue de déterminer les champs de contraintes, de déformations et de déplacements. En l'absence du contact, l'amorçage et la propagation d'une fissure de fatigue sont bien connus, par contre lors du fretting fatigue, nous sommes en présence d'une compétition du fretting et de la fatigue et/ou de la combinaison des deux. Pour notre configuration, avec les investigations expérimentale, micrographique, et de calcul, nous avons identifié les différents sites d'amorçage et leur localisation qui sont directement liés à l'effort normal (pression de contact). Ces sites d'amorçage passent du bord du trou à la frontière de contact avec une orientation qui dépend fortement de l'effort normal. Dans cette étude, nous avons montré que l'expansion du trou n'a pas une influence significative sur la durée de vie et que l'amélioration de celle-ci dépend de la pression de contact. Une Carte de Réponse du Matériau CRM (par analogie au phénomène d'usure et/ou fretting) a été établit pour représenter les conditions de l'amorçage de fissures.
Author: Camille Gandiolle
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Languages : fr
Pages : 252
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Book Description
Ce travail porte sur la prévision du risque de fissuration en fretting fatigue des contacts Teta/Frette des conduites flexibles servant à l’acheminement du pétrole et du gaz. Les mouvements de la houle produisent des micros déplacements typiques du fretting entre les fils de Teta et de Frette. Le problème des conduites flexibles est particulièrement complexe puisqu’il implique de prendre en compte des forts niveaux de pressions induisant de la plasticité et des sollicitations variables. Pour répondre à ce problème, des études expérimentales et numériques ont été menés en parallèle. L’étude de fissuration est divisée entre prévision du risque d’amorçage des fissures et étude des conditions de propagation. L’amorçage est étudié avec le critère de fatigue multiaxial de Crossland appliqué à distance critique pour prendre en compte les gradients de contrainte spécifiques au fretting. Cette distance critique est optimisée pour être représentative du large spectre de gradient des contraintes étudié. Il est montré que si la distance critique est constante quelle que soit le gradient des contraintes, elle est associée à une longueur de fissure amorcée dépendante du gradient (couple lopt-bopt). Cette approche optimisée, combinée à une loi élastoplastique représentative permet des estimations très précises des conditions d’amorçage des fissures. [...]
