Thèse soutenue

Expériences, modélisation et analyse de la fatigue par fretting pour Inconel 718 et Ti-6Al-4V sous charge normale de contact variable dans le temps à température ambiante et élevée
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Gabriel Magalhães Juvenal Almeida
Direction : Sylvie PommierJosé Alexander AraujoGuillaume Chassaing
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie mécanique
Date : Soutenance le 16/09/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Universidade de Brasília
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2022-....) - GFFM-Grupo de Fadiga, Fratura e Materiais
référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Baietto
Examinateurs / Examinatrices : David Nowell, Noël Brunetière, Fabio Castro
Rapporteurs / Rapporteuses : David Nowell, Noël Brunetière

Résumé

FR  |  
EN

Ce travail a été développé dans le cadre de cotutelle entre l'Université Paris-Saclay et l'Université de Brasilia (UnB). Le contexte scientifique de la thèse a été choisi pour tenter de fournir des données et des solutions aux problèmes du secteur aéronautique, sachant que Safran a été un important partenaire industriel. Cette thèse a trois objectifs principaux. Le premier consiste à construire un nouvel appareil de fretting fatigue capable d'effectuer différents types d'essais, où les charges et leurs actionneurs respectifs impliqués dans les expériences peuvent être contrôlés indépendamment. Le banc d'essai sera conçu de manière à ce que les expériences de fretting fatigue puissent également être réalisées à des températures élevées. Le deuxième objectif est d'évaluer l'effet de la charge normale cyclique sur la résistance à la fatigue par frottement pour l'alliage Ti-6Al-4V à la température ambiante et pour l'alliage Inconel 718 à la température ambiante et élevée. Le troisième objectif est d'évaluer la durée de vie due au fretting au moyen d'un modèle d'éléments finis prenant en compte les effets d'usure et un paramètre de fatigue multiaxiale. Le nouvel appareil de fatigue par frottement à quatre actionneurs a été entièrement conçu pour résoudre le problème de l'imposition d'une charge normale de contact cyclique. La charge normale cyclique est maintenant appliquée par deux actionneurs hydrauliques MTS qui ont été installés perpendiculairement à l'éprouvette de fretting. De plus, les charges tangentielles et de fatigue sont appliquées par des actionneurs hydrauliques indépendants. Grâce à ces mises à niveau, le nouveau banc de fatigue de fretting de l'UnB peut contrôler indépendamment toutes les charges dans les tests de fretting. Toutes ces charges peuvent varier dans le temps en phase ou en déphasage et synchrone ou asynchrone. De plus, deux allumeurs en céramique ont été placés à côté des pièces de contact pour effectuer des tests à des températures élevées. Le système de chauffage est capable d'atteindre des températures allant jusqu'à 750°C et de les maintenir dans une plage stable de +/- 10°C. Afin d'évaluer l'influence de la charge normale cyclique sur la résistance à la fatigue par fretting, des essais en condition de glissement partiel avec une charge normale de contact constante et cyclique ont été réalisés à la température ambiante pour l'alliage Ti-6Al-4V et à température ambiante et à 540°C pour l'alliage Inconel 718. Les résultats expérimentaux indiquent que la charge normale cyclique a un effet bénéfique sur la durée de vie au frottement pour les conditions spécifiques des tests effectués dans ce travail. Ce comportement a été observé pour les alliages Ti-6Al-4V et Inconel 718 aux deux températures testées. Par ailleurs, une campagne expérimentale pour évaluer l'influence de la charge normale variant dans le temps sur le coefficient de frottement a également été menée. Sur la base de cette évaluation expérimentale, la présence de charges normales cycliques ne semble pas influencer le coefficient de frottement dans des conditions de glissement partiel. Cependant, en comparant les résultats du coefficient de frottement de l'alliage Inconel 718 à la température ambiante et élevée, une réduction significative a été observée pour les deux situations de chargement normal de contact avec l'augmentation de la température. De plus, un modèle d'éléments finis, tenant compte et négligeant les effets d'usure, a été utilisé en conjonction avec le paramètre du plan critique de SWT et une approche de moyenne des contraintes non locales pour estimer la durée de vie au frottement. Concernant les approches d'estimation de durée de vie considérées dans cette étude, pour les cas de charges normales constantes et cycliques, les deux méthodologies mises en œuvre, qu'elles tiennent compte ou négligent l'usure, ont fourni des résultats satisfaisants, toutefois celle qui ne tient pas compte de l'usure étant légèrement plus précise.