Fatigue biaxiale à grand nombre de cycles : étude expérimentale et modèle d'endommagement à deux échelles probabiliste

Biaxial high cycle fatigue : experimental study and probabilistic two scale damage model

• Auteur / Autrice : Grégory Barbier
• Direction : Rodrigue Desmorat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Génie mécanique. Génie civil
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Analyse multiéchelle

Matériaux -- Fatigue

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Résumé

Les structures industrielles sont soumises à des sollicitations complexes dont certaines biaxiales. Afin d'étudier de manière expérimentale l'influence de la biaxialité du chargement sur la durée de vie, des essais de fatigue biaxiale à grand nombre de cycles sont menés sur matériaux acier inoxydable austénitique 304L CLI, et alliage de titane. Une géométrie d'éprouvette en croix, affinée en son centre a été dimensionnée pour cette étude. Une vingtaine d'essais en efforts imposés, à température ambiante ont été menés avec divers types de chargements. Des moyens sophistiqués de prises de vues sont mis en place, et permettent par corrélation d'images, de caractériser les déformations plastiques et amplitudes de déformations. Pour prendre en compte la dispersion expérimentale de la limite de fatigue d'un matériau métallique, le modèle d'endommagement et de fatigue à deux échelles est rendu probabiliste dans la nouvelle version du post-processeur DAMAGE_2009. Enfin, l'ajout d'un terme de Drucker-Prager dans la fonction critère du modèle permet de mieux retranscrire l'effet de contrainte moyenne sur la durée de vie.

Industrial structures are subjected to complex loadings that can sometimes be biaxial. To experimentally study the effects of biaxiality on the lifetime, high cycle biaxial fatigue tests are carried out on austenitic stainless steel 304L CLI, and titanium alloy mategials. A geometry of cross specimen, refined in its center, has been designed for this study. More than twenty load controlled tests were conducted at room temperature with varions types of loadings. Sophisticated optical devices are used, and thanks to image correlation, they allow to accurately characterize plastic strains and strain amplitudes. To take into account the experimental dispersion of the fatigue limit that is observed on metallic materials, the tvvo scale damage model has been made in a probabilistic version on the new post-processor DAMAGE_2009. Finally, the function test of the model was improved by adding a term of Drucker-Prager to better transcribe the mean stress effect on lifetime.