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Article

1 - DÉFINITIONS, OBJECTIFS ET PRÉCAUTIONS

2 - RÉSISTANCE À L’AMORÇAGE EN ENDURANCE

3 - CONCLUSION

4 - GLOSSAIRE

5 - NOTATIONS

Article de référence | Réf : M4170 v2

Glossaire
Essais de fatigue - Domaine des grands nombres de cycles

Auteur(s) : André GALTIER, Rémi MUNIER, Amandine PHILIPPOT, Bastien WEBER

Date de publication : 10 sept. 2019

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NOTE DE L'ÉDITEUR

La norme ISO 1143 du 01/11/2010 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 1143 de juillet 2021 : Matériaux métalliques - Essais de fatigue par flexion rotative de barreaux
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2108 (Août 2021).

20/12/2021

Cet article est la version actualisée de l’article M4170  intitulé « Essais de fatigue- Partie I» rédigé par Paul RABBE, Henri-Paul LIEURADE, André GALTIER et paru en  2000.

09/09/2019

RÉSUMÉ

Les essais de fatigue consistent à étudier le comportement sous sollicitation cyclique des matériaux et à en déterminer sa résistance. L’objectif de cet article est de présenter les principales méthodes d’essais qui ont été développées, soit pour comparer des matériaux et des procédés de fabrication, soit pour obtenir les données nécessaires à la prévision des durées de vie de composants soumis à un chargement cyclique. Cet article arbore tout d’abord les définitions liées aux essais de fatigue. Il se focalise ensuite sur la description des différentes méthodes employées pour déterminer la résistance à l’amorçage en endurance des matériaux ou des structures.

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ABSTRACT

Fatigue testing – High Cycle Fatigue domain

Fatigue consists in studying the behavior of materials under cyclic loading and in determining their resistance. The objective of this article is to present the main test methods that have been developed, either to compare materials and manufacturing processes, or to obtain the data requested to predict the life of components subject to cyclic loading. This article begins to expose the definitions related to fatigue tests. Then it focuses on the description of the different methods used to determine the fatigue strength of materials or structures.

Auteur(s)

  • André GALTIER : Ingénieur Recherche et Développement - Ascometal France Holding, CREAS, Hagondange, France

  • Rémi MUNIER : Ingénieur Recherche et Développement - ArcelorMittal, Global R&D, Maizières-Lès-Metz, France

  • Amandine PHILIPPOT : Ingénieure Recherche et Développement - Ascometal France Holding, CREAS, Hagondange, France

  • Bastien WEBER : Ingénieur Recherche et Développement - ArcelorMittal, R&D, Maizières-Lès-Metz, France

INTRODUCTION

L’objectif des articles Essais de fatigue [M 4 170] et [M 4 171] est de présenter les principales méthodes d’essais de fatigue réalisables pour comparer des matériaux et des procédés de fabrication, ou pour obtenir les données nécessaires à la prévision des durées de vie à la fatigue.

Ce premier article décrit les généralités liées au domaine de la fatigue permettant de classer les différents essais de fatigue, ainsi que les chargements existants. Il rappelle rapidement les précautions à prendre en termes d’étalonnage (statique et dynamique) et d’alignement.

Ensuite, la résistance à l’amorçage en endurance est détaillée. Des lignes directrices sont données, en accord avec les normes actuelles, sur le choix des éprouvettes de fatigue, des méthodes d’essai et de dépouillement (méthode de l'escalier, méthode de Locati, méthode par itération, tracé de la droite de Henry), ainsi que des diagrammes permettant de présenter les résultats obtenus (diagramme de Wöhler, diagramme de Haigh…).

Est également abordée une méthode rapide de détermination de la résistance en fatigue, mettant en œuvre des mesures de température (auto-échauffement).

En fin d’article, des exemples typiques de faciès de rupture en fatigue permettent une première classification des sites d’amorçage et de leurs particularités.

La pratique rigoureuse de ces méthodes, en relation avec les normes les plus récentes, permet de bien rendre compte de l’effet des nombreux paramètres qui viennent affecter le comportement des matériaux et des composants mécaniques lorsqu’ils sont soumis à des chargements cycliques.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des notations utilisées.

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MOTS-CLÉS

fatigue essais matériau

KEYWORDS

fatigue   |   tests   |   material

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m4170


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4. Glossaire

fatigue ; fatigue

Mode de défaillance progressive d’une éprouvette ou d’une structure soumise à un chargement cyclique conduisant à sa rupture.

fatigue à grand nombre de cycles ; High Cycle Fatigue (HCF)

Domaine où les durées de vies sont généralement comprises entre 50 000 et quelques millions de cycles, où la sollicitation reste majoritairement inférieure à la limite d’élasticité du matériau. Les essais sont pilotés en effort.

fatigue oligocyclique ; Low Cycle Fatigue (LCF)

Domaine où les durées de vie sont généralement comprises entre quelques centaines et quelques millions de cycles, où la sollicitation est majoritairement supérieure à la limite d’élasticité du matériau. Les essais sont pilotés en déformation.

fatigue gigacyclique ; gigacyclic fatigue

Domaine où les durées de vie sont comprises entre plusieurs millions et quelques milliards de cycles, où la sollicitation est très inférieure à la limite d’élasticité du matériau.

amplitude de contrainte ; stress amplitude

Étendue de contrainte entre la contrainte moyenne et la contrainte maximale lors d’un chargement cyclique.

contrainte moyenne ; mean stress

Niveau moyen de contrainte sur un signal cyclique.

amorçage/initiation ; initiation

Phase qui correspond à l’apparition d’une fissure à l’échelle de la microstructure du matériau (quelques grains ou quelques dizaines selon la définition).

propagation de fissure ; crack propagation

Phase qui correspond à l’accroissement de longueur d’une fissure, cycle après cycle, de l’amorçage jusqu’à la rupture du matériau ou de la structure.

rupture ; failure

Ruine totale de l’éprouvette ou de la structure, souvent séparée en deux morceaux.

éprouvette ; specimen

Échantillon de matière, avec une géométrie spécifique, permettant de déterminer les propriétés des matériaux testés en laboratoire.

endurance ; endurance

Aptitude d’un matériau ou d’une structure à résister en fatigue à grand nombre de cycles.

cumul de dommages ; cumulative damage

Méthode...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WÖHLER (A.) -   Versuche zur Ermittlung der auf die Eisenbahnwagenachsen einwirkenden Kräfte und die Widerstandsfähigkeit der Wagen-Achsen.  -  Zeitschrift für Bauwesen, X, 583-616 (1860).

  • (2) - PYTTEL (B.), SCHWERDT (D.), BERGER (C.) -   Very high cycle fatigue – Is there a fatigue limit.  -  International Journal of Fatigue 33 pp 49-58 (2011).

  • (3) - BASTENAIRE (F.), POMEY (G.), RABBE (P.) -   Étude statistique des durées de vie en fatigue et des courbes de Wöhler de cinq nuances d’acier.  -  Mémoires Scientifiques Revue de Métallurgie, LXVIII, n° 10, pp. 645-664 (1971).

  • (4) - HOUDREMONT (E.), MAILANDER (R.) -   Bending fatigue tests on steels.  -  Stahl and Eisen, 49, 833-892 (1929).

  • (5) - HEYWOOD (R.B.) -   Designing against fatigue of metals.  -  Reinhold (1962).

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

NORMES

  • Matériaux métalliques – Essais de fatigue – Méthode par force axiale contrôlée. - ISO 1099 :2017 - Juin 2017

  • Matériaux métalliques – Essais de fatigue par couple de torsion commandé. - ISO 1352 :2011 - Avril 2011

  • Matériaux métalliques – Essais de fatigue par flexion rotative de barreaux. - ISO 1143 :2010 - Juillet 2010

  • Matériaux métalliques – Essais de fatigue – Essais sous amplitude variable – Partie 1 : Principes généraux, méthode d'essai et exigences sur le rapport d'essai. - ISO 12110-1 :2013 - Juillet 2013

  • Matériaux métalliques – Essais de fatigue – Essais sous amplitude variable – Partie 2 : Méthodes de comptage des cycles et méthodes associées de réduction des données. - ISO 12110-2 :2013 - Juillet 2013

  • Matériaux métalliques – Essais de fatigue – Méthode par déformation axiale contrôlée. - ISO 12106 :2017 - Mars 2017

  • ...

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