Présentation
RÉSUMÉ
La garantie de tenue en fatigue d’une structure sans marge excessive est un problème auquel sont confrontés tous les concepteurs. Une fois le comportement du matériau caractérisé, une méthode de calculs/essais définie et le critère de fatigue établi, la principale difficulté réside dans la détermination du chargement de fatigue à considérer. Dans cet article, les trois stratégies utilisées en contexte industriel sont décrites. L’objectif est alors d’évaluer et quantifier les conditions d’usage et les chargements qui en découlent puis d’en déduire les chargements sur le système, les sous-systèmes et les composants. Trois exemples d’application sont présentés selon que l’on se place dans une démarche maximaliste, semi-probabiliste ou fiabiliste.
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Lire l'articleAUTEUR(S)
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Commission Fatigue de la SF2M : Société française de métallurgie et de matériaux
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André BIGNONNET : Consultant en fatigue et durabilité des structures, André Bignonnet Consulting
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Rémy CHIERAGATTI : Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE)
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Bruno COLIN : Expert fatigue vibratoire, Nexter Systems
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Stéphan COURTIN : Expert en fatigue, AREVA
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Michel HUTHER : Consultant ITG (ancien adjoint au directeur technique marine du Bureau Veritas)
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Mac-Lan NGUYEN-TAJAN : Direction Innovation et recherche, SNCF
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Fabien SZMYTKA : Direction de la recherche et de l’innovation, PSA Peugeot Citroën
INTRODUCTION
La fatigue est un endommagement qui apparaît dans des structures soumises à des chargements variables dans le temps. Cet endommagement est caractérisé par le développement de fissures conduisant à la perte de fonctionnalité ou à la rupture brutale de la pièce. Devant ce phénomène, les bureaux d’études doivent dimensionner les structures pour assurer leur fonctionnement pendant une durée et des conditions d’usage données. Deux approches sont considérées en fonction des impératifs de performances et de sécurité de la pièce dans la structure ainsi que du contexte d’usage (système avec ou sans entretien régulier).
La première impose une durée de vie garantie ou sûre sans contrôle intermédiaire, ce qui exige le non-amorçage des fissures.
La deuxième s’inscrit dans une approche plus générale appelée tolérance aux dommages et vise à maîtriser l’existence et le développement des fissures en garantissant la non-rupture en service entre deux inspections.
Les modèles associés à ces approches s’appuient sur des bases de données expérimentales qui intègrent plus ou moins de paramètres influents. La base de données élémentaire pour la première approche est constituée à partir d’éprouvettes soumises à un chargement cyclique à amplitude et fréquence constantes durant l’essai. Le nombre de cycles à la rupture ou la détection d’une fissure en constitue la principale donnée expérimentale. La collection des résultats d’essais réalisés à diverses amplitudes de charge permet de construire des courbes décrivant le nombre de cycles à la rupture en fonction de la variation de l’amplitude du chargement, les courbes de Wöhler. La seconde approche s’appuie sur des essais sur éprouvettes pré-fissurées soumises à des chargements d’amplitude constante. Ils fournissent la vitesse de fissuration en fonction de la variation du facteur d’intensité de contrainte ΔK. La courbe décrivant la variation de la vitesse de fissuration en fonction de ce facteur présente une partie linéaire dans un diagramme logarithmique pouvant être décrite par une loi puissance appelée loi de Paris.
L’étude des courbes de Wöhler et de Paris permet de mettre en évidence deux points majeurs du point de vue de cet article :
une très grande sensibilité du nombre de cycles à la rupture en fonction de l’amplitude de charge. Une faible variation de cette amplitude occasionne une grande variation du nombre de cycles à la rupture, ou d’une grande variation de la vitesse de propagation d’une fissure existante. Il s’agit en fait d’une variation exponentielle ;
une importante dispersion du nombre de cycles à la rupture à une amplitude de charge donnée.
La plupart des...
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MOTS-CLÉS
Fiabilité | conception en fatigue | chargement de fatigue | conception robuste
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
Définition des chargements en fatigue
Chargement vu par la structure, du système au composant
Sources bibliographiques
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