Quantification de la fissuration d'un contact soumis à des sollicitations complexes en fretting wear et fretting fatigue

Quantification of the cracking in a contact subjected to the complex fretting wear and fretting fatigue condition loadings

• Auteur / Autrice : Krzysztof Kubiak
• Direction : Siegfried Fouvry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Contraintes (mécanique)

Usure (mécanique)

Mots clés libres

Amorçage de fissure

Arrêt de propagation de fissure

Résumé

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.

The objective of this research focuses on the quantification of the fretting fatigue endurance of XC38 (EA1N) steel alloy used in the TGV axles components. This study mainly concerns the prediction of the crack nucleation and crack arrest conditions under complex fretting and fretting fatigue loadings. Combining experiments and modeling aspect it includes the following two parts. In the first part, fretting wear and fretting fatigue tests have been undertaken and modelized. It was demonstrated a threshold loading condition associated to the crack nucleation process. A specific formulation has been proposed to capture the size effect and provide pertinent and reliable crack nucleation predictions. From this analysis a fretting fatigue crack nucleation boundary has been defined and formalized. The second contribution of this work concerns the formalization of the crack propagation behavior under fretting and fretting fatigue conditions. Specific experiments have been developed to quantify the crack arrest boundaries. By combining crack nucleation, short crack propagation and long crack formulations, the endurance under complex fretting fatigue global situation has been derived. Hence, the fretting fatigue endurance curves have been quantified taking into accounts the respective contribution of fretting and fatigue loadings. Finally a global fretting fatigue chart has been introduced to rationalize the different cracking damages activated under complex fretting fatigue situations.