Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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François SAINT-ANTONIN : Docteur de l’École nationale supérieure des mines de Paris, ENSMP - Ingénieur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique. Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
La relaxation est caractérisée par la décroissance de la contrainte en fonction du temps quand une déformation constante est appliquée à un matériau après chargement.
Les caractéristiques de relaxation d’un matériau peuvent être utilisées directement pour connaître, après serrage d’un boulon, la contrainte rémanente de fixation après un temps donné à une température de service. Pour maintenir et garantir un niveau de résistance minimale de pièces assemblées par boulonnage fonctionnant à chaud, il est nécessaire d’effectuer périodiquement un resserrage car la contrainte initiale de serrage relaxe avec le temps. Les essais de relaxation permettent de connaître le temps conduisant à un niveau de contrainte à partir duquel un resserrage est à réaliser ou encore de connaître la périodicité du resserrage.
D’une façon plus générale, les propriétés de relaxation d’un matériau permettent de connaître sa capacité à accommoder les concentrations de contraintes. Ces concentrations de contraintes peuvent se rencontrer, par exemple, au niveau de certaines géométries de pièces de structure (évidement, trous, etc.), des pointes de fissures, des inclusions et des précipités.
Dans les métaux tels que les aciers ou les superalliages base nickel, le phénomène de relaxation, comme pour le fluage, est important à des températures supérieures à 0,2 Tf (où Tf est la température de fusion de l’alliage considéré).
Comme cela est décrit dans la suite, l’essai de relaxation est très différent de l’essai de fluage. Il faut remarquer qu’il n’existe que très peu d’études sur l’essai de relaxation, c’est pourquoi il est important de bien décrire ce type d’essai dans un premier temps.
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Conclusion4. Méthode d’extrapolation relaxation-fluage. Comparaison fluage-relaxation
Comme le temps de fonctionnement de systèmes industriels peut être parfois de l’ordre de plusieurs dizaines d’années comme pour les centrales nucléaires, des essais de fluage ayant les mêmes durées ne sont pas disponibles au moment du dimensionnement des structures : il existe des méthodes d’extrapolation à partir d’essais de fluage court [14]. Néanmoins, un grand nombre d’essais de fluage durant plusieurs semaines, voire plusieurs mois, est quand même nécessaire pour ce dimensionnement : l’essai de relaxation permet, avec un nombre restreint d’essais, de couvrir un large domaine contrainte σ - vitesse de déformation plastique
. À partir de ces courbes d’essais de relaxation de courte durée, différentes méthodes ont été proposées pour extrapoler le comportement en fluage. Il est nécessaire de décrire les principes de ces méthodes et leurs hypothèses pour connaître leurs domaines d’application et leurs limites. Il existe trois méthodes principales.
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Extrapolation entre la relaxation et le fluage primaire en passant de l’un à l’autre à partir des hypothèses de strain hardening (durcissement-déformation) ou de time hardening (durcissement temporel) [9, 10, 14].
L’extrapolation au fluage primaire est justifiée par le fait que les déformations mises en jeu lors de la relaxation sont faibles. La méthode permettant le passage relaxation-fluage dans chacun des deux cas est la suivante :
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strain hardening, après un temps donné de relaxation t, la contrainte a atteint la contrainte σ et la déformation plastique de relaxation εp. La vitesse de déformation plastique de relaxation
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est considérée comme égale à la vitesse de déformation plastique de fluage que l’on aurait lorsque la déformation plastique de fluage est égale à εp pendant un essai de fluage sous la contrainte σ. Le paramètre de passage entre la relaxation et le fluage est l’équivalence en déformation plastique entre les deux essais ; -
time hardening, après un temps donné...
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est considérée comme égale à la vitesse de déformation plastique de fluage que l’on aurait lorsque la déformation plastique de fluage est égale à εp pendant un essai de fluage sous la contrainte σ. Le paramètre de passage entre la relaxation et le fluage est l’équivalence en déformation plastique entre les deux essais ;
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Méthode d’extrapolation relaxation-fluage. Comparaison fluage-relaxation
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HOLBROOK (J.H.), RHODE (R.W.), SWEARENGEN (J.C.) - * - Acta Metallurgica, vol. 29, p. 1099, 1981.
-
(2) - SAINT-ANTONIN (F.) - * - Thèse de l’École des mines de Paris, 8 février 1991.
-
(3) - Stress relaxation testing. - ASTM STP 676, Ed. Alfred Fox, American Society for Testing and Materials, 1979.
-
(4) - HOLBROOK (J.H.), SWEARENGEN (J.C.), RHODE (R.W.) - Mechanical Testing for Deformation Model Development, - Ed. R.W. Rhode and J.C. Swearengen, ASTM STP 765, 1982, p. 80-101.
-
(5) - TSAI (C.Y.), QUESNEL (D.J.) - * - Scripta Metallurgica, 18, 1984, p. 1155.
-
(6) - BAUR (G.), LEHR (P.) - Mémoires scientifiques. - Revue de Métallurgie, juillet-août 1975, p. 551.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Test Methods for Stress Relaxation for materials and Structures - ASTM E328 - 2002
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