De l’apport des mesures de champs de température sous sollicitations cycliques pour la caractérisation et la modélisation des propriétés en fatigue des assemblages soudés

Contributions of temperature field measurements under cyclic loading for welded assemblies fatigue properties characterization and modelling

• Auteur / Autrice : Loic Carteron
• Direction : Cédric Doudard, Sylvain Calloch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 17/06/2020
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Naval Group
• Jury : Président / Présidente : Damien Halm
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Pommier, Matteo Luca Facchinetti, Bruno Levieil, Julien Beaudet, Florent Bridier, Anthony Ezanno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Ranc, Habibou Maitournam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Rupture, Mécanique de la

Contrôle non destructif par thermographie infrarouge

Thermoélasticité

Matériaux -- Fissuration

Imagerie infrarouge

Thermométrie

Soudures -- Fatigue

Construction navale

Acier

Soudures

Mots clés libres

Assemblages soudés

Caméra infrarouge

Essais d'échauffement

Couplage thermoélastique

Suivi de propagation de fissures

Modèle de propagation

Naval welded assemblies

Infrared camera

Self-heating test

Thermoelastic stress analysis

Fatigue cracks monitoring

Fracture mechanic modelling

Résumé

Le dimensionnement en fatigue à grand nombre de cycles de joints soudés nécessite la caractérisation expérimentale des paramètres d'influences liés au chargement mais également aux spécificités du joint soudé (géométrie, contraintes résiduelles, défauts liés au procédé, parachèvement). Face au nombre de combinaisons possibles, l'utilisation d'essais de fatigue classiques demanderait un temps et un coût difficilement acceptables. L'exploration de l'apport de mesures de champs de température sous sollicitations cycliques représente alors une piste intéressante pour alimenter d'une part les bases de données d'essai sur certains types de joints soudés, et d'autre part, permettre l'approfondissement d'autres problématiques liées aux assemblages soudés. Un protocole expérimentale d'étude de structures soudées est mis en place et appliqué à deux configurations : brut de soudage, et parachevée TIG. L'analyse des données d'essai met en évidence des mécanismes de ruine en fatigue différents pour chacune de ces configurations. L'adaptation d'une approche type ''auto-échauffement'' est envisagée sur structure parachevée TIG. En parallèle, une approche originale est développée pour caractériser les propriétés en fatigue de la configuration brute de soudage. Elle est basée sur un suivi quantitatif de la propagation des fissures et la mise en place d'un modèle probabiliste basé sur la mécanique linéaire de la rupture.

Fatigue assessment of welded assemblies is a critical, costly and time-consuming process. Indeed, fatigue design involves considering numerous influences depending of the load characteristics but also of welded joint specificities (geometry, residual stress, process induced flaws). Then, the exploration of possible contributions of temperature field measurements under cyclic loading represents an interesting idea to both feed experimental data bases of specific welded joints and develop other problematics linked to welded assemblies (influence of post-weld treatments for example). This work study in parallel two welded joints configurations (as-welded and TIG-dressed). An ad hoc experimental strategy involving specific precautions is developped. Test data analysis shows different fatigue failure mechnism between the two studied configurations. With the TIG-dressed specimen, the adaptation of a ''self-heating'' type approach is explored. In parallel, an innovative approach is developped to characterize fatigue properties of the as-welded configuration. This method is based on a new quantitative fatigue cracks monitoring technic and the developpement a probabilist model based on linear fracture mechanics.