Etude de l'effet de l'équiaxiabilité sur la durée de vie en fatigue de l'acier noxydable austénitique

Study of the effect of an equibiaxial loading on the fatigue lifetime of austenic stainless steel

• Auteur / Autrice : Soumaya Bradai
• Direction : Catherine Gardin, Cédric Gourdin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 03/12/2014
• 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 : CEA - Le Barp - Institut Pprime / PPRIME
• Jury : Président / Présidente : Véronique Doquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephan Courtin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Aubin, Sylvain Calloch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Métaux -- Fatigue

Matériaux -- Fissuration

Acier inoxydable austénitique

Mots clés libres

FABIME2

Chargement équibiaxial

FABIME2

Equibiaxial loading

Résumé

L'évaluation de la durée de vie en fatigue est essentielle dans la conception de structures. Sous estimé les prévisions peut entraîner des inspections en service inutiles. En revanche, les prévisions surestimées peuvent avoir des conséquences graves sur l'intégrité des structures.Dans certains composants de centrale nucléaire, un chargement mécanique en fatigue équi-biaxiale est décelé. L’identification de l'impact potentiel de chargement multiaxial sur la durée de vie des composants est une préoccupation majeure. Peu de données expérimentales sont disponibles sur les aciers inoxydables austénitiques présents au niveau des circuits REP. Il est ainsi essentiel d'améliorer les méthodes d'évaluation de la fatigue afin de prendre en compte les dommages potentiels de la fatigue équi-biaxiale. Par conséquent cela nécessite l'obtention de données expérimentales sur le matériau considéré avec une sollicitation mécanique équi-biaxiale.Le but de cette étude est de présenter les résultats expérimentaux et numériques obtenus avec un dispositif ''FABIME2'' développé au CEA/LISN en collaboration avec EDF et AREVA. L’association des résultats expérimentaux obtenus avec une analyse numérique, réalisée sur le code de calcul Cast3m,a permis de mettre en évidence l’effet aggravant d’un chargement équi-biaxial sur l’amorçage de fissure mais qui reste couvert par la courbe de conception définie par l’industrie nucléaire. Côté propagation de fissure, une première approche simplificatrice a permis d’étudier la cinétique d propagation de fissure en fatigue équi-biaxiale.

Fatigue lifetime assessment is essential in the design of structures. Under-estimated predictions mayresult in unnecessary in service inspections. Conversely, over-estimated predictions may have seriousconsequences on the integrity of structures.In some nuclear power plant components, the fatigue loading may be equi-biaxial because of thermalfatigue. So the potential impact of multiaxial loading on the fatigue life of components is a majorconcern. Meanwhile, few experimental data are available on austenitic stainless steels. It is essentialto improve the fatigue assessment methodologies to take into account the potential equi-biaxialfatigue damage. Hence this requires obtaining experimental data on the considered material with astrain tensor in equi-biaxial tension.The aim of this study is to present the experimental and numerical results obtained with a device''FABIME2'' developed in the LISN in collaboration with EDF and AREVA. The association of theexperimental results, obtained on the new experimental fatigue device FABIME2, with the numericalanalyses obtained by FEM simulation with Cast3M code, has enabled to define the aggravating effectof the equibiaxial fatigue loading. However, this effect is covered by the Design fatigue curve definedfrom the nuclear industry. For the crack propagation, a first simplified approach enables to study thekinetic behavior of crack propagation in equibiaxial fatigue.