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1 - FACTEURS RELATIFS À LA SOLLICITATION ET À L’ENVIRONNEMENT

2 - TYPE DE SOLLICITATION

3 - DIMENSION OU EFFET D’ÉCHELLE

4 - ÉTAT DE SURFACE

5 - TEMPÉRATURE

6 - FRÉQUENCE

7 - CORROSION

8 - CONTRAINTES RÉSIDUELLES

Article de référence | Réf : BM5043 v1

Facteurs relatifs à la sollicitation et à l’environnement
Fatigue des alliages ferreux - Facteurs d’influence

Auteur(s) : Jian LU

Date de publication : 10 janv. 2003

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  • Jian LU : Professeur en génie mécanique à l’Université de technologie de Troyes (UTT) - Directeur du département Génie des systèmes mécaniques et du Laboratoire des systèmes mécaniques et d’ingénierie simultanée (LASMIS)

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INTRODUCTION

Le phénomène de fatigue est un processus complexe. Le nombre de facteurs d’influence est très important. S’il est possible de tester les matériaux sous certaines conditions, il sera difficile de réaliser tous les essais avec une sollicitation représentative et la géométrie réelle des composants mécaniques. Il est cependant intéressant d’analyser rapidement le rôle et l’effet de chaque paramètre pouvant changer les éléments d’appréciation. Il n’est pas possible de considérer les effets de manière intégrée. Chaque paramètre est donc analysé de manière séparée. On distingue différents types de paramètres : les facteurs relatifs à la sollicitation et à l’environnement, à la géométrie et aux matériaux. Dans la première catégorie de paramètres, on peut citer : le type de la sollicitation (uniaxiale, multiaxiale avec ou sans déphasage), les contraintes moyennes, le spectre de chargement et de surcharge, la fréquence du chargement, la température, la corrosion et le « fretting ». Dans la deuxième catégorie de paramètres, on trouve : l’état de surface, l’effet d’entaille et l’effet d’échelle. Dans la troisième catégorie de paramètres, on a enfin : les caractéristiques du matériau, la micro-structure du matériau, les contraintes résiduelles, les traitements de surface. Un concepteur doit analyser l’ensemble de ces paramètres pour en dresser une liste aussi exhaustive que possible et les quantifier pour calculer la résistance à la fatigue de sa pièce. Le but de cet article est de lui fournir les données et la méthodologie nécessaires pour chiffrer ces facteurs dans un calcul prévisionnel et de lui indiquer les limites de leur emploi.

On peut, soit par l’analyse de résultats bibliographiques, soit (et c’est préférable) à partir d’essais dynamiques réels, connaître la limite d’endurance d’un matériau dans des conditions bien précises (forme de l’éprouvette ou de la pièce, conditions d’essais, etc.). Mais, au stade de la fabrication ou en cours d’utilisation, d’autres facteurs vont intervenir qui, finalement, auront une influence primordiale, bénéfique ou néfaste, sur la tenue en service du produit fini. Tout l’art du concepteur consiste précisément à dresser une liste aussi exhaustive que possible de ces différents facteurs d’influence. Il devra ensuite chiffrer chacun d’entre eux pour enfin calculer l’endurance de sa pièce.

Cet article est la suite de Fatigue des alliages ferreux. Définitions et diagrammes Fatigue des alliages ferreux- Définitions et diagrammes. L’article suivant Fatigue des alliages ferreux- Exemples de calcul donne des exemples de calcul de pièces en fatigue.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5043


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1. Facteurs relatifs à la sollicitation et à l’environnement

Dans une conception mécanique, il faut tout d’abord analyser le cahier des charges du composant à concevoir, faire ensuite une analyse des sollicitations, et enfin choisir les matériaux et les procédés de fabrication. La figure 1 donne l’exemple de l’analyse des facteurs d’influence.

Pour un cas donné, il suffit de faire ressortir l’ensemble des paramètres jouant un rôle et d’en analyser rapidement les effets.

Il est admis qu’à des caractéristiques mécaniques statiques Re et Rm élevées correspond une limite d’endurance élevée. Oui, mais dans quelles proportions et jusqu’à quelles limites ? Seule une étude statistique portant sur un très grand nombre de résultats d’essais de fatigue permet de répondre à ces questions. C’est ainsi qu’à partir d’un volume d’environ 500 résultats obtenus sur des éprouvettes lisses en alliages ferreux ayant un diamètre utile compris entre 6 et 10 mm, avec un état de surface rectifié, et sollicitées en flexion rotative, il a pu être montré que la meilleure corrélation est celle reliant σD à la résistance à la traction Rm du matériau. C’est une parabole qui, avec un coefficient de corrélation de 0,93, ajuste au mieux les deux variables σD et Rm (figure 2), parabole d’équation :

σD = Rm (0,58 − 1,1 × 10−4 Rm)

avec σD et Rm exprimées en newtons par millimètre carré.

À noter toutefois que l’examen approfondi des points expérimentaux montre une meilleure endurance globale pour les matériaux ayant une résistance à la traction comprise entre 800 et 1 300 N/mm2. Il existe à cela deux explications :

  • la frontière basse (Rm » 800 N/mm2) correspond sensiblement au passage des aciers à l’état recuit (état Rc) aux aciers à l’état trempé-revenu (état TR) à haute température, ce qui leur confère une grande stabilité ;

  • la frontière haute (Rm »...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BRAND (A.), FLAVENOT (J.F.), GRÉGOIRE (R.), TOURNIER (C.) -   Recueil de données technologiques sur la fatigue  -  . CETIM (1980).

  • (2) - KLOOS (K.H.) -   Influence de l’état de surface et de la dimension de la pièce sur la tenue en fatigue sous sollicitation avec l’amplitude constante ou par bloc  -  . VDI Berchte, no 268, 63 (1976).

  • (3) - SURESH (S.) -   Fatigue of materials  -  . Cambridge University Press (1991).

  • (4) - CHABOCHE (J.L.), LEMAÎTRE (J.) -   Mécanique des matériaux solides  -  . Dunod (1996).

  • (5) - NEPPIRAS (E.A.) -   Techniques and equipment for fatigue testing at very high frequencies  -  . Proceedings ASTM 59, p. 691-710, Philadelphia.

  • (6) - BATHIAS (C.) -   There is no infinite fatigue life in metallic materials  -  . Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 22, 559-565.

  • ...

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