Modélisation numérique de l'endommagement physique en fatigue cas de l'acier 316L et d'un acier ferrito-perlitique PDF Download
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Author: Alain Bataille
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Languages : fr
Pages : 296
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Book Description
L'endommagement physique de surface de l'acier 316L en fatigue par traction-compression est décrit. La formation de nombreuses fissures en surface caractérise la fatigue oligocyclique est introduit un caractère statistique important dans leur évolution. La loi de Manson-Coffin est ainsi obtenue en considérant une accumulation d'événements élémentaires d'endommagement: les fissures de longueur inférieure à la taille de grain. Trois phases sont distinguées dans l'évolution des fissures. La première correspond à une génération importante de fissures courtes. Quelques joints de grain sont franchis durant la seconde phase. La troisième se traduit par un endommagement accéléré et la formation finale d'une fissure fatale de 1 mm. Une modélisation numérique de l'endommagement physique est développée, basée sur la constance du taux de génération de fissures en terme de pourcentage de durées de vie. Le taux dépend du matériau et des conditions mécaniques de la sollicitation cyclique. La vitesse de propagation en surface joue un rôle déterminant dans la modélisation. Le nombre de fissures intervient par interactions de déformation plastique et la coalescence modifie plutôt la formation de la fissure fatale. L'évolution simulée de l'endommagement physique en fatigue-corrosion à potentiel libre s'interprète par une accélération de la propagation en surface. Nous comparons l'endommagement physique du 316L avec celui d'un acier ferrito-perlitique en traction-compression cyclique et en torsion alternée cyclique. Trois phases du développement de l'endommagement physique apparaissent également. L'effet statistique est prépondérant aux dépens de l'effet des microstructures et des modes de chargement
Author: Alain Bataille
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Languages : fr
Pages : 296
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Book Description
L'endommagement physique de surface de l'acier 316L en fatigue par traction-compression est décrit. La formation de nombreuses fissures en surface caractérise la fatigue oligocyclique est introduit un caractère statistique important dans leur évolution. La loi de Manson-Coffin est ainsi obtenue en considérant une accumulation d'événements élémentaires d'endommagement: les fissures de longueur inférieure à la taille de grain. Trois phases sont distinguées dans l'évolution des fissures. La première correspond à une génération importante de fissures courtes. Quelques joints de grain sont franchis durant la seconde phase. La troisième se traduit par un endommagement accéléré et la formation finale d'une fissure fatale de 1 mm. Une modélisation numérique de l'endommagement physique est développée, basée sur la constance du taux de génération de fissures en terme de pourcentage de durées de vie. Le taux dépend du matériau et des conditions mécaniques de la sollicitation cyclique. La vitesse de propagation en surface joue un rôle déterminant dans la modélisation. Le nombre de fissures intervient par interactions de déformation plastique et la coalescence modifie plutôt la formation de la fissure fatale. L'évolution simulée de l'endommagement physique en fatigue-corrosion à potentiel libre s'interprète par une accélération de la propagation en surface. Nous comparons l'endommagement physique du 316L avec celui d'un acier ferrito-perlitique en traction-compression cyclique et en torsion alternée cyclique. Trois phases du développement de l'endommagement physique apparaissent également. L'effet statistique est prépondérant aux dépens de l'effet des microstructures et des modes de chargement
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: Jacques Petit
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Languages : fr
Pages : 262
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Author: Rémi Roux
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Languages : fr
Pages : 232
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EVALUATION DE L'ENDOMMAGEMENT PAR FATIGUE A L'AIDE DE DIFFERENTES METHODES. MODELISATION DES RESULTATS OBTENUS. LES METHODES SE CLASSENT EN DEUX CATEGORIES: CELLES QUI MESURENT LA PROGRESSION DE LA FISSURE PRINCIPALE ET CELLES QUI DECRIVENT L'EVOLUTION DES FISSURES SUPERFICIELLES. L'ETUDE DU COMPORTEMENT EN FATIGUE APRES FLUAGE DE L'ACIER A MONTRE QUE LE PREFLUAGE N'INFLUE QUE SUR L'AMORCAGE ET NON SUR LA PROPAGATION DE FISSURE PRINCIPALE
Author: Cyril Vernault
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Languages : fr
Pages : 297
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UNE DES CAUSES DE RUPTURE DE PIECES EN SERVICE PROVIENT DE LEUR SOLLICITATION PAR FATIGUE. L'ENDOMMAGEMENT QUI EN RESULTE EST ACCRU ET PARFOIS MODIFIE PAR LA PRESENCE D'UN ENVIRONNEMENT OXYDANT. DANS CE CONTEXTE, NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DES COUCHES D'OXYDE SUR LES MECANISMES DE FISSURATION PAR FATIGUE D'UN ACIER INOXYDABLE TYPE 316L. CECI A NECESSITE LA CARACTERISATION DES PROCESSUS ET DES PRODUITS D'OXYDATION A 300C ET 600C SUR UN MATERIAU NON PRE-DEFORME AINSI QUE PRE-DEFORME PAR FATIGUE. NOUS AVONS ALORS, ETABLI L'EFFET INTRINSEQUE DE CES COUCHES SUR L'ENDOMMAGEMENT EN FATIGUE PLASTIQUE DU 316L, PAR LA COMPARAISON D'EPROUVETTES PRE-OXYDEES OU NON PRE-OXYDEES SOLLICITEES SOUS VIDE. CECI A PERMIS DE DEMONTRER L'EXISTENCE D'INTERACTIONS ENTRE LA PLASTICITE ET LES JOINTS DE GRAINS OXYDES. CELLES-CI CONDUISENT A UNE AUGMENTATION DES FISSURES INTERGRANULAIRES. DES LORS, LES CONDITIONS DE SOLLICITATION OU LA TENUE EN FATIGUE EST CONTROLEE PAR LE STADE D'AMORCAGE (FATIGUE ENDURANCE) SONT OPTIMALES POUR OBSERVER UN EFFET SIGNIFICATIF DES OXYDES SUR LA DUREE DE VIE.
Author: Yiting Cui
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Languages : en
Pages : 217
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Author: Laurent Flacelière
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Languages : fr
Pages : 246
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Le premier objectif est la caractérisation expérimentale du dommage, pour des sollicitations simples (traction et torsion), mais également l’étude du cumul de dommage, en particulier par des séquences de chargement reposant sur des blocs de sollicitations différentes. Le second objectif est l’utilisation du contexte de la mécanique de l’endommagement afin de proposer une nouvelle modélisation des phénomènes observés. Etablies dans un cadre thermodynamique, à une échelle mésoscopique, c’est en fait trois modélisations qui sont proposées. L’augmentation graduelle de leur complexité est la conséquence de la prise en compte d’un nombre croissant de phénomènes : nucléation, propagation en mode II, bifurcation, puis bifurcation en mode I, et enfin ruine du cristal. De plus, en utilisant une description considérant la direction privilégié du glissement au sein du système activé, il est possible d’établir une description orientée de l’évolution des caractéristiques mécaniques du cristal. Une approche statistique est également proposée au sein de ces modélisations.
Author: Huiji Shi
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Languages : fr
Pages : 300
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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: 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: Jean-Charles Stinville
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Languages : fr
Pages : 339
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Book Description
Les matériaux métalliques de structure tels que les aciers, les alliages base titane, les superalliages base nickel utilisés dans les domaines de l'aéronautique, de l'énergie ou encore de l'automobile doivent être capables de résister à des sollicitations mécaniques sévères notamment de type fatigue dans des environnements agressifs. L'endommagement du à la fatigue se localise généralement en surface des matériaux. Il est donc souvent impératif d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques de leur surface pour répondre au mieux aux exigences multiples qu'imposent les conditions de leur mise en service. Dans ce contexte, le PHYMAT a développé un ensemble de dispositifs d'élaboration originaux utilisant des ions de basse, moyenne ou haute énergie ainsi que des plasmas qui permettent de modifier les propriétés de surface des matériaux massifs ou d'élaborer des revêtements. En particulier, il a été mis au point des procédés de nitruration utilisant des ions de basse d’introduire à température modérée (300-400°C) des atomes d’azote en solution solide de très fortes concentrations (20-25at%) sur des profondeurs particulièrement importantes (3-20μm). Les investigations dans le domaine de la fatigue misent en oeuvre par le LMPM ces dernières années sur des matériaux traités en surface montrent que des améliorations remarquables de durée de vie peuvent être obtenues y compris lorsque le traitement ne concerne qu'une épaisseur de l'ordre ou inférieure au micromètre. Ces résultats laissent penser que le procédé de nitruration plasma proposé permettrait alors d'améliorer les propriétés en fatigue de ces matériaux. En outre ce traitement présente le double avantage de pouvoir réaliser une nitruration des aciers inoxydables ce qui n'était pas possible auparavant et de pouvoir traiter des formes complexes non planes. Les résultats concernant la nitruration d'un acier inoxydable austénitique polycristallin de type 316L par ce procédé de nitruration plasma particulier ont permis de mettre en évidence différents phénomènes induits en surface. En particulier des effets importants de rotations cristallographiques des grains de surface ont été relevés conduisant à la création d'une texture de surface. Ces résultats ont été analysés à partir de mesures obtenues par EBSD sur de larges zones (LMPM). On montre notamment une tendance forte à la réorientation des grains vers les directions 111 et 001. Ce processus s'accompagne de plasticité sous la forme de bandes de glissement et a même localement pour conséquence des phénomènes d'endommagement. Ces processus sont en grande partie dus à la dilatation des grains de surface lors de l’insertion d'azote en grande concentration pendant le traitement. L'étude des systèmes de glissement activés a permis de remonter en partie aux dilatation normale à la surface). Il a été montré que le « gonflement » est directement lié à l'orientation cristallographique des grains (couplage EBSD - profilomètre optique interférométrique du LMS). Les expériences de diffraction des rayons X réalisées au PHYMAT ont permis de connaître plus précisément la structure de la zone nitrurée. Du coté des propriétés mécaniques, ont à pu mettre en évidence par des séries d'essais mécaniques de fatigue oligocyclique sous déformation plastique imposée (LMPM), une augmentation considérable des propriétés en fatigue (durée de vie multiplié par 3 fois sous forte déformation plastique imposée). Les nombreux essais menés au cours de l’année 2009 ont permis de montrer par leurs analyses que l'amélioration des propriétés en fatigue est directement liée aux contraintes de compression dans la couche nitrurée. Plus les contraintes de compression dans la couche sont élevées, plus la durée de vie en fatigue est importante. Ce résultat est remarquable en ce qui concerne la fatigue des aciers nitrurés. Le lien entre les modifications de la structure en surface du matériau et les conséquences sur l'amélioration en fatigue a été fait.
