Modélisation de l'endurance en fatigue sous chargement complexe, statique et vibratoire

Fatigue endurance modeling under complex, static and vibratory loading

• Auteur / Autrice : Raùl De moura pinho
• Direction : Véronique Doquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des solides (Palaiseau, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Hubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Palin-Luc, Nicolas Ranc, Christophe Cluzel, Gilbert Hénaff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Palin-Luc, Nicolas Ranc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fissuration

Matériaux -- Fatigue

Mots clés libres

Limite d'endurance

Fissure courte

Seuil de non-Propagation

Ti-6Al-4V

Endurance limit

Short crack

Fatigue crack propagation threshold

Ti-6Al-4V

Résumé

Les matériaux dans les machines tournantes sont soumis à des chargementscomplexes consistant en la superposition d’un chargement de forte amplitude (LCF) et d’un chargement vibratoire de faible amplitude (HCF). En pratique, le nombre de cycles LCF autorisé est limité, mais en aucun cas la contribution HCF doit conduire à de l’endommagement. Ce travail de recherche vise donc à proposer une approche permettant de rendre compte de l’impact du chargement LCFsur la limite d’endurance HCF.Pour cela, une approche fondée sur la mécanique linéaire élastique de la rupture a été proposée. Un critère non-local de plasticité en pointe de fissure a été développé. Le fait qu’il nécessite la connaissance des contraintes Tpermet de rendre compte de l’effet de fissure courte. Son extension au cas non-linéaire a conduit à une meilleure prise en compte des effets de rapport de charge dans la construction de diagrammes de Haigh.Enfin, un nouveau moyen d’essai, ainsi qu’une nouvelle géométrie d’éprouvette ont été développés pour la recherche du seuil de non-propagation de fissure à hautes fréquences. L’absence d’effet de la fréquence sur le Ti-6Al-4V d’étude a été démontrée entre 30 Hz et 800 Hz.

Materials in rotating machinery are typically subjected to loading conditions that combine both low cycle fatigue (LCF) and high cycle vibratory fatigue (HCF). In operating conditions, the number of allowable LCF cycles may be limited, but under no circumstances, superimposed HCF vibratory cycles can beallowed to produce fatigue damage. This work aims at proposing an approach to account for the effect of variable amplitude LCF cycles on the endurance domain relative to HCF cycles.For this purpose, a LEFM-based approach is proposed. The material is assumed to contain flaws, and their growth is assumed to stem from crack tip plasticity.A non-local yield criterion for the crack tip region has been obtained. The first non-singular terms (e.g., the T-stresses) are included in theWestergaard’s stress functions to make it possible to use it also for mechanically short cracks and generate fatigue diagrams in elasticity. This approach has been extended to plasticity in order to account for load ratio effect in HCF Haigh diagrams.Finally, a new device and a new geometry specimen has been developed to realize fatigue crack growth threshold measurements at high frequencies. The results obtained on Ti-6Al-4V showed the absence of a frequency effect between 30 HZ and 800 Hz.