Ténacité dynamique comme indicateur de dommage en fatigue

Dynamic toughness as a damage indicator of fatigue

• Auteur / Autrice : Jésus Martinez Figueroa
• Direction : Noureddine Benseddiq, Carlos Rubio Gonzales
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 18/12/2015
• Etablissement(s) : Lille 1 en cotutelle avec Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (Santiago de Querétaro, México)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Soudures -- Fatigue

Acier inoxydable -- Fatigue

Composites à fibres de carbone

Composites -- Fatigue

Matériaux -- Essais dynamiques

Barres de Hopkinson

Mots clés libres

Indicateurs d'endommagement

Ténacité dynamique

Résumé

L'évaluation du dommage et de l'intégrité des véhicules et des structures ont fait l'objet d'une attention de plus en plus importante au cours des dernières années. La connaissance précise des paramètres dynamiques de rupture est essentielle pour la conception sécuritaire des composants. La configuration de flexion trois points des barres d’Hopkinson a été adoptée pour mesurer la ténacité dynamique. Une étude de ce dispositif est présentée à partir d'un dialogue expérimental/analytique/numérique. Plusieurs aspects importants sont abordés. Notamment, l’évolution de la force transmise des barres à l'éprouvette et son impact sur le Facteur d’Intensité de Contraintes (FIC) au cours de l'essai. Une nouvelle approche a été proposée concernant le transfert des données expérimentales au modèle Eléments Finis afin de calculer le FIC critique. Cette méthode est basée sur une approche de type vitesse. La méthode proposée a été validée sur un composite tissé carbone-époxy dont le comportement est isotrope transverse. Une formulation simplifiée a été proposée pour traiter ce type de matériau. Dans l’objectif de rechercher un indicateur de dommage par fatigue, plusieurs essais ont été réalisées sur l'acier AISI 304 soudés. Les mesures ont été effectuées sur des éprouvettes ayant subies différents taux de dommage par fatigue. Les résultats sont assez intéressant et confirme la possibilité de considérer la ténacité dynamique comme un indicateur de dommage, sous un certain nombre de conditions.

Damage evaluation and safety assessment of the structural integrity of vehicles and civil structures have been subject of increased attention in recent years. Nowadays the precise knowledge of dynamic fracture parameters is essential for safe design of components. The special arrangement of Three Point Bending Split Hopkinson Bar has been adopted as a convenient means of measuring the dynamic fracture toughness. In this work, an analysis of this arrangement is presented by means of Finite Element Analysis whose results are compared with the theoretical background and the experimental results. A number of important aspects are approached. Among them, the history of the mechanical force actually transmitted from the bars to the specimen and the evolution of the dynamic Stress Intensity Factor (SIF) during the tests. Instead of obtaining the force, the velocity on the bar’s end is proposed to feed the Finite Element model. Experimentally, the arrangement is used to measure the dynamic fracture toughness of AISI 304 TIG welding specimens. The results of a number of fatigue damage-free specimens are compared with those of specimens previously subject to fatigue damage. The technique is also used to measure the dynamic fracture toughness of a carbon-epoxy woven composite material, considered as transversely isotropic media. Simplified formulae to obtain this parameter compared with isotropic materials are proposed along with the precise follow of the SIF evolution during the tests.