Article de référence | Réf : IN226 v1

Détection spécifique de la propagation de fissures par fatigue
Contrôle de la fatigue des matériaux par émission acoustique

Auteur(s) : Stéphanie DESCHANEL, Jérôme WEISS

Relu et validé le 13 janv. 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

La fatigue, c'est-à-dire la rupture de structures mécaniques sous l'effet de chargements cycliques, demeure une gageure technologique considérable, car elle survient de façon inattendue lorsque la structure fonctionne apparemment dans un régime stabilisé et sûr, sans signe extérieur de détérioration mécanique. Après avoir présenté ce contexte et les méthodes classiques de contrôle de la fatigue par émission acoustique (EA), une nouvelle méthode non destructive de détection spécifique de la propagation de fissures de fatigue est exposée à partir de multiplets acoustiques: signaux d’EA répétitifs, aux formes d'ondes quasi identiques. Des perspectives de contrôle en service sont ensuite proposées.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Monitoring of fatigue of materials from acoustic emission

Fatigue, i.e. the failure of mechanical structures under cyclic loading, remains a considerable technological challenge as it occurs unexpectedly when a structure is operating apparently in a safe and steady-state regime, with no external signs of mechanical deterioration. After introducing this context together with classical methods of fatigue monitoring from acoustic emission (AE), we present a new, non-destructive method to unambiguously detect fatigue crack propagation from specific, repeating AE signals with quasi-identical waveforms. Perspectives for in-service fatigue control are then given.

Auteur(s)

  • Stéphanie DESCHANEL : Maître de conférence à l’INSA de Lyon - MATEIS, INSA de LYON/Université de Lyon, France

  • Jérôme WEISS : Directeur de recherche au CNRS - ISTerre, CNRS/Université Grenoble-Alpes, France

INTRODUCTION

La fatigue est l’un des plus dangereux processus mécaniques menant à la rupture de pièces ou structures, rencontré dans diverses situations industrielles modernes allant des réacteurs nucléaires aux connexions micro-électroniques. Cependant, nous ne disposons pas encore de méthodes non destructives ni d’indicateurs capables de prédire la durée de vie en fatigue, généralement encore estimée de nos jours à partir de relations empiriques telles que la loi de Manson-Coffin, qui relie le nombre N R de cycles à rupture en fatigue à l’amplitude de déformation plastique cyclique imposée Δε p : . Le problème de ce type d’approche est que les paramètres c et β dépendent du matériau, ainsi que du mode de chargement (triaxialité par exemple), et doivent donc être déterminés par de nombreux essais de calibration. Cet article présente, dans différents matériaux métalliques, la détection de signaux d’émission acoustique spécifiques de la propagation de fissures par fatigue. Ces signaux, dénommés multiplets acoustiques, se caractérisent par des formes d'ondes quasi identiques, signature d'une source unique, et sont déclenchés de façon répétée sur de nombreux cycles de chargement successifs au même niveau de contrainte. Ils marquent la propagation lente et incrémentale d'une fissure de fatigue à chaque cycle, ou le frottement le long des surfaces de rupture. Étant spécifiques à la fissuration incrémentale par fatigue, ils peuvent être utilisés comme des avertissements précurseurs de la propagation des fissures, qui mènera en définitive à une rupture globale. Leur détection et leur caractérisation ouvrent ainsi la voie à un nouveau suivi fiable de l'apparition des fissures de fatigue lors d’essais mécaniques ou au sein de structures en service.

Points clés

Domaine : Contrôle non destructif

Degré de diffusion de la technologie : Émergence

Technologies impliquées : Émission acoustique

Domaines d’application : Contrôle non destructif de la fissuration par fatigue

Contact :

[email protected]

[email protected]

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

fatigue   |   failure   |   non-destructive monitoring   |   acoustic emission

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-in226


Cet article fait partie de l’offre

Innovations technologiques

(183 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

4. Détection spécifique de la propagation de fissures par fatigue

L'apparition de multiplets acoustiques, au cours des cycles de chargement, à un seuil de contrainte spécifique σ est illustrée sur la figure 5, pour un essai sur de l’aluminium pur à 99,95 % (polycristallin à gros grains). Une particularité remarquable de cette représentation est la mise en évidence d’alignements de points associés au déclenchement répété de signaux à chaque cycle, à un seuil de contrainte quasi identique ou évoluant très lentement d’un cycle à l’autre. Ces séquences peuvent durer des centaines de cycles. Trois de ces groupes sont présentés sur la figure 5 comme des exemples typiques pour une analyse plus poussée.

4.1 Corrélation des salves d’EA

Ces salves d’EA appartenant à un multiplet donné sont par ailleurs caractérisés par des Formes d’Onde (FO) très similaires, corrélées entre elles systématiquement à plus de 80 %, généralement à plus de 99 % (figure 6 b et 6 d). Ces séries de signaux sont dénommés multiplets, en référence aux multiplets sismiques mis en évidence depuis les années 80 . Dans le cas des failles sismiques, ces séismes sont interprétés comme un glissement de type stick-slip répétitif au niveau d’une même aspérité le long de la faille.

  • Analyse de corrélation

    Une étude systématique de corrélation croisée est effectuée sur les formes d'onde (au sein des multiplets ou sur l'ensemble de l’essai) : une mesure de la similitude entre deux signaux en fonction du décalage temporel τ ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Innovations technologiques

(183 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Détection spécifique de la propagation de fissures par fatigue
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ALBERT (W.A.J.) -   Über Treibseile am Harz. Archive für Mineralogie, Geognosie.  -  Bergau and Hüttenkunde, 10 : p. 215-234 (1838).

  • (2) - SCHÜTZ (W.) -   A history of fatigue.  -  Engineering fracture mechanics, 54(2) : p. 263-300 (1996).

  • (3) - ESSLINGER (V.) et al -   The railway accident of Eschede-technical background.  -  Engineering Failure Analysis, 11(4) : p. 515-535 (2004).

  • (4) - CAMPBELL (G.), LAHEY (R.) -   A survey of serious aircraft accidents involving fatigue fracture.  -  International Journal of Fatigue, 6(1) : p. 25-30 (1984).

  • (5) - LEE (W.), NGUYEN (L.), SELVADURAY (G.S.) -   Solder joint fatigue models : review and applicability to chip scale packages.  -  Microelectronics reliability, 40(2) : p. 231-244 (2000).

  • (6)...

NORMES

  • (Roget, J.) Essais non destructifs. L'émission acoustique, mise en œuvre et applications. AFNOR, CETIM Centre technique des industries mécaniques, 196 (1988). - Norme AFNOR NF A09-350 -

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Innovations technologiques

(183 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Innovations technologiques

(183 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS