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Article

1 - ESSAIS DE FISSURATION PAR FATIGUE

2 - RÉSISTANCE À L’AMORÇAGE EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE

3 - PRISE EN COMPTE DES SOLLICITATIONS D’AMPLITUDES VARIABLES

4 - CHARGEMENTS MULTIAXIAUX

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : M4171 v2

Essais de fissuration par fatigue
Essais de fatigue - Domaines olygocyclique, de la fissuration et des sollicitations complexes

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

Date de publication : 10 juin 2022

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RÉSUMÉ

Les essais de fatigue consistent à étudier le comportement sous sollicitation cyclique des matériaux et à en déterminer leur résistance. L’objectif de cet article est d’aborder des domaines de durée de vie des structures ou des composants en service. Ainsi est traité dans un premier temps le thème de la fissuration en fatigue. Puis l’article détaille la pratique des essais de fatigue dans le domaine oligocyclique. Il se focalise enfin sur les aspects de chargements complexes que sont les sollicitations d’amplitudes variables et les chargements multiaxiaux.

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ABSTRACT

Fatigue tests - Low-cycle fatigue, crack propagation and complex loadings

Fatigue tests consist in studying the behavior of materials under cyclic loading and determinating their resistance. The objective of this article is to present domains of fatigue in terms of in-service lifetime for structures or components. Therefore, the topic of fatigue crack growth is addressed first. Then the article provides details about the practice of tests in the domain of low cycle fatigue. Finally, the aspects of complex loadings is highlighted, considering on the one hand variable amplitude loadings and on the other hand multiaxial loadings.

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, Global R&D, Maizières-lès-Metz, France

INTRODUCTION

La dégradation des structures et des pièces soumises à des chargements cycliques est un phénomène progressif qu’il convient de caractériser par des essais judicieusement choisis, en particulier pour alimenter les modèles de dimensionnement avec des données matériau. L’objectif des articles consacrés aux essais de fatigue 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.

Cet article aborde des domaines de durée de vie des structures ou des composants en service. Ainsi, la description des essais de fissuration par fatigue permet d’évoquer la manière de prendre en compte la présence de défauts pour déterminer la durée de vie résiduelle d’une pièce en service.

Ensuite, il est question des essais de fatigue dans le domaine oligocyclique qui permettent d’une part de considérer, pour la conception et le dimensionnement, la déformation plastique générée par une amplitude de contrainte élevée, et d’autre part d’étudier plus finement le comportement des matériaux soumis à une plastification locale cyclique.

Les sollicitations complexes font l’objet des deux dernières parties de l’article. En effet, l’estimation du comportement en fatigue des composants ou des structures en service ne repose généralement pas sur des amplitudes de chargement constantes dans le temps ni sur des sollicitations simples et uniaxiales.

Différentes approches expérimentales peuvent être utilisées pour estimer la durée de vie en service sous chargement d’amplitude variable. Elles sont présentées dans la troisième partie. La quatrième et dernière partie aborde les chargements multiaxiaux. Le dimensionnement du comportement en fatigue peut être, dans ce cas, réalisé par des critères spécifiques dont l’objectif est de calculer une contrainte uniaxiale équivalente en termes de résistance en fatigue à l’état multiaxial.

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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-m4171


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1. Essais de fissuration par fatigue

1.1 Introduction

Le tracé de la courbe de Wöhler permet de déterminer la résistance en fatigue que l’on peut considérer comme la contrainte maximale que peut supporter le matériau sans que s’amorce une fissure au bout d’une durée de vie donnée. Or, l’expérience a montré que, dans les pièces en service, il peut exister des défauts d’usinage, de soudage ou de fonderie, ou des piqûres de corrosion, à partir desquels une fissure de fatigue peut se propager. Cela concerne plus particulièrement les structures réelles pour lesquelles la majeure partie de la durée de vie correspond à la propagation d’une fissure. Pour cette raison, en plus de la résistance à l’amorçage en endurance [M 4 170], l’étude de la propagation des fissures est nécessaire. C’est aussi le seul moyen de déterminer de façon précise la durée de vie résiduelle d’une pièce en service comportant des défauts.

Dans le cadre de la mécanique linéaire de la rupture, on considère les contraintes au voisinage d’une fissure, dans un milieu infini soumis à un champ de contraintes homogène. Le mode de rupture le plus étudié, parce qu’il est le plus dangereux dans les matériaux cristallins, est le mode par ouverture (mode I). On s’intéresse donc ici au facteur d’intensité de contrainte K en mode ouverture, noté K I. Il permet de caractériser le champ de contraintes existant autour du front de fissure.

En sollicitation monotone on a :

( 1 )

avec :

α
 : 
facteur de forme propre à la géométrie de l’éprouvette ou de la pièce,
σ
 : 
(MPa)...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - JOHNSON (H.H.), PARIS (P.C.) -   Subcritical flow growth.  -  - Eng. Fracture Mechanics (USA), 1(1), p. 3-45 (1968).

  • (2) - SARRAZIN-BAUDOUX (C.) et al -   Fatigue propagation of short and long cracks in gaseous hydrogen environment in 3.5NiCrMoV steel.  -  Engineering Failure Analysis, 69, p. 29-34 (2016).

  • (3) - MURAKAMI (Y.) et al -   Hydrogen embrittlement mechanism in fatigue of austenitic stainless steels.  -  Metall Mater Trans A, 39, p. 1327 (2008).

  • (4) - LIEURADE (H.P.) -   Les méthodes d’essais en fatigue oligocyclique.  -  Mécanique, Matériaux, Électricité (F), 323-324, p. 15-26 (1976).

  • (5) - COFFIN (L.F. Jr.) -   Internal stresses and fatigue in metals.  -  Elsevier Publishing (1959).

  • (6) - COFFIN (L.F. Jr.) -   Fatigue...

NORMES

  • Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode d’essai de propagation de fissure en fatigue - ISO 12108:2018 - 07-18

  • Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates - ASTM E647-15e1 - 05-15

  • Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par déformation axiale contrôlée - ISO 12106:2017 - 03-17

  • Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode d’essai de fatigue thermo-mécanique avec déformation contrôlée - ISO 12111:2011 - 08-11

  • 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 - 07-13

  • 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 - 07-13

  • ...

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