Modélisation tridimensionelle de la fermeture induite par plasticité lors de la propagation d'une fissure de fatigue dans l'acier 304L

Phenomenon of plasticity-induced crack closure during the propagation of a fatigue crack in a 304L stainless steel

• Auteur / Autrice : Saverio Fiordalisi
• Direction : Catherine Gardin, Christine Sarrazin-Baudoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 24/11/2014
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut PPRIME
• Jury : Président / Présidente : Alain Combescure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fernando Ventua Antunes, Stéphane Pierret
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Marie, Thierry Palin-Luc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Contraintes (mécanique)

Éléments finis, Méthode des

Rupture, Mécanique de la

Python (langage de programmation)

Matériaux -- Fissuration

Acier inoxydable -- Fatigue

Plasticité

Mots clés libres

Facteurs d'intensité de contraintes locaux

Fermeture induite par plasticité

Evolution de la forme des fraonts de fissure

Local stress intensity factors

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre des problèmes de fissuration par fatigue, détectéesnotamment dans des structures nucléaires et se situe dans la continuité de travaux déjà réalisésau laboratoire. L’objectif de cette étude est la réalisation d’un outil numérique de prédictiondu phénomène de fermeture induite par plasticité, au cours de la propagation d’une fissure defatigue dans une éprouvette CT, dans un acier inoxydable 304L, en prenant en comptel’influence simultanée de la forme des fronts et de la longueur de fissure. Celle-ci a d’abordété considérée par le biais de modèles numérique tridimensionnels sous ABAQUS, avec desgéométries pré-imposées des fronts de fissure. Les évolutions des facteurs d’intensité effectifs(FIC) locaux le long des fronts et au cours de la propagation ont été comparées. Ensuite, unoutil numérique, utilisant le code ABAQUS et le langage de programmation PYTHON a étédéveloppé pour la prédiction automatique de la forme de la fissure en fonction des donnéesd’entrée (géométrie, charge, conditions aux limites, définition du contact au cours de lapropagation, maillage), à partir d’un entaille droite de longueur égale à 0.1mm. La variationeffective du FIC ΔK l eff local a été supposée étant la force motrice de la propagation. Lesessais de fatigue ciblés réalisés ont permis une comparaison critique avec le numérique, enterme de formes finales du front de fissure dans les différentes conditions de chargementimposées.

This PhD thesis deals with the problems of fatigue cracking, particularly detected in nuclearstructures, and is a continuation of work already carried out in the laboratory. The objective ofthis study is to provide a numerical prediction tool of the phenomenon of plasticity-inducedcrack closure, during the propagation of a fatigue crack in a CT specimen and in a 304Lstainless steel, taking into account the simultaneous influences of the crack shape and cracklength. This has been first considered through three-dimensional numerical models withABAQUS, through pre-imposed crack fronts geometries. The local stress intensity factors(FIC) evolutions along the crack fronts and over the whole propagation have been compared.Then, a numerical tool, using the ABAQUS code and the programming language PYTHONhas been developed in order to automatically predict the crack shape evolution, depending ondifferent input data (geometry, loads, boundary conditions, contact definition duringpropagation, mesh), starting from a 0.1mm straight notch. The local effective evolution of theSIF ΔK l eff has been supposed to be the driving force for the whole propagation. Fatiguetargeted tests have been carried out in order to allow a critical comparison with the numericalresults, in terms of final crack front shapes under different imposed loading conditions.