PROPAGATION D’UNE FISSURE DE FATIGUE

PROPAGATION D’UNE FISSURE DE FATIGUE

GENERALITE SUR LA FATIGUE

Définitions du phénomène de fatigue La fatigue est un processus qui, sous l’action de contraintes ou déformations cycliques, répétées ou alternées, modifie les propriétés locales d’un matériau et peut entraîner la formation de fissures et éventuellement la rupture de la structure. Encore les zones critiques de la structure sont créées par une discontinuité de matériaux. Il est d’écrit comme un « phénomène mystérieux » pouvant se produire sans signes avant-coureurs. Les recherches sur la fatigue des matériaux métalliques ont eu depuis lors un intérêt croissant et partagé pour les industriels et les chercheurs du monde entier. Pineau et Bathias [6] ont défini que la fatigue ou endommagement par fatigue est la modification des propriétés des matériaux consécutive à l’application de cycle d’efforts, cycles dont la répétition peut conduire à la ruine des pièces constituées avec ces matériaux. En règle générale, la fatigue se produit avec une déformation plastique localisée auteur des défauts présents dans les matériaux, à l’extrémité d’une fissure lorsque celle-ci s’est formée, et ne se produit pas avec une déformation d’ensemble (figure 1.4).

Diagramme d’endurance Il existe de nombreuses courbes pour définir la durée de vie en fatigue d’un matériau. Ces courbes sont issues de campagnes d’essais et reflètent le comportement statistique du matériau. L’essai de fatigue le plus simple consiste à soumettre un lot d’éprouvettes non entaillées, à des cycles d’efforts périodiques, d’amplitude et de fréquence fixées, et à noter le nombre de cycles à la rupture NR pour chaque éprouvette [6]. On obtient alors une courbe en échelle semi-logarithmique, appelée Courbe d’endurance ou Courbe de Wöhler, qui a l’allure représentée sur la figure 1.8. Cette courbe est déterminée à partir d’un ensemble d’éprouvettes soumises chacune à un effort périodique d’amplitude maximale et de fréquence constante, la rupture se produisant au bout d’un nombre de cycles NR. A chaque éprouvette correspond un point du plan (, NR). D’après la figure 1.8, la rupture est atteinte après un nombre de cycles qui croît quand la contrainte décroît. Les résultats des essais de fatigue sont répartis de façon statistique, de telle sorte que l’on puisse définir des courbes correspondant à des probabilités de rupture données selon l’amplitude de contrainte et le nombre de cycles.  On peut distinguer sur la courbe de Wöhler trois domaines :

•Zone 1 : une zone à faible nombre de cycles ou zone de fatigue oligocyclique , sous forte contrainte, où la rupture qui intervient après un faible nombre de cycles, est précédée d’une déformation plastique significative ;

•Zone 2 : une zone de fatigue ou fatigue polycyclique, où la rupture est atteinte après un nombre de cycles plus important, nombre qui croît lorsque la contrainte décroît ;

•Zone 3 : une zone d’endurance illimitée ou zone de sécurité sous faible contrainte, pour laquelle la rupture ne se produit pas avant un nombre donné de cycles généralement supérieur à 106 cycles pour les aciers et 107 cycles pour les alliages légers. Dans de nombreux cas, on peut tracer une branche asymptotique horizontale à la courbe de Wöhler : l’asymptote étant appelée limite d’endurance ou limite de fatigue et notée D. Par contre, dans certains cas, par exemple lorsqu’il y a simultanément fatigue et corrosion, il ne semble pas y avoir d’asymptote horizontale. On définit alors une limite conventionnelle d’endurance comme la valeur de la contrainte maximale qui ne conduit pas à la rupture avant un nombre de cycles fixés (par exemple 107 cycles).

Défauts dans les joints de soudure 

Le soudage occupe une place importante dans toutes les branches d’industrie et du bâtiment, car il permet d’adapter au mieux les formes de construction aux contraintes qu’elles sont appelées à supporter en service. Depuis les premières applications, les soudeurs sont dans la pratique, confrontés aux déformations engendrées par les soudures et ont appris à les prévoir, pour les compenser et produire des ensembles de forme “convenable”. L’ampleur des déformations leur laissait à penser qu’un état de contrainte important devait être développé, et intuitivement ils avaient admis que dans le sens longitudinal de la soudure, les contraintes pouvaient atteindre la limite d’élasticité de la zone fondue, tandis que dans le sens transversal, leur niveau devait être en rapport avec l’intensité du bridage de retrait. Le développement des moyens de mesure des contraintes en surface, est venu peu à peu confirmer leurs estimations.

Certes, l’implication des contraintes dans divers processus de fissuration, lors de l’exécution des soudures, était connue, de même que dans celui de la rupture brutale des soudures fragiles, mais les soudeurs s’étaient accommodés d’évaluations qualitatives. Par souci de sécurité, la réglementation des récipients à pression avait simplement prescrit la relaxation complète par traitement thermique partout où le risque pouvait exister. Ce n’est qu’à l’avènement de la mécanique de la rupture que les mécaniciens sont indiqué aux soudeurs que la connaissance exacte du champ des contraintes propres dans l’épaisseur de la soudure, était nécessaire pour améliorer la prévision du comportement des assemblages en fatigue et à la rupture brutale, alors que simultanément, le développement du calcul numérique ouvrait des perspectives pour atteindre cette connaissance. Des besoins ont été alors exprimés:

Une évaluation de la nocivité réelle des défauts des soudures pour atteindre un degré d’acceptation,

Une amélioration des règles de prévision des comportements à rupture pour éviter la pratique excessive de l’ajout systématique au chargement d’une contrainte résiduelle positive égale à la limite d’élasticité,

Une révision des règles de relaxation des contraintes qui grèvent le coût de fabrication.

Ces évolutions ne peuvent être menées que dans une connaissance du champ des contraintes réel dans un certain nombre d’assemblages types. Enfin, les soudeurs ont ressorti leur ancienne préoccupation jamais suffisamment satisfaite, de la prévision des déformations d’une soudure à partir de ses caractéristiques. La réalisation d’assemblages indémontables, en fabrication mécanique, utilise couramment les procédés de soudage. Les techniques de soudage sont en plaine évolution. Ces techniques assurent la continuité des pièces à assembler contrairement au rivetage, sertissage, collage ou boulonnage qui présentent des discontinuités physiques ou chimiques. Au fur et à mesure de la diversification et de l’évolution des procédés [1].

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Table des matières

LISTES DES FIGURES
LISTES DES TABLEAUX
LISTES DES ABRIVIATIONS
LISTES DES SYMBOLES
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I Notions Sur Les Comportements En Fatigue
I. INTRODUCTION
II. APPROCHE DE LA MECANIQUE LINEAIRE DE LA RUPTURE
II.1 Différent modes de rupture
II.2 Distribution des contraintes au niveau de la pointe de la fissure
II.3 Zone plastique au niveau de la pointe de la fissure
III. GENERALITE SUR LA FATIGUE
III.1 Définitions du phénomène de fatigue
III.2 Processus du phénomène de fatigue
IV. DEFENITION D’AMORCAGE
V. PROPAGATION D’UNE FISSURE DE FATIGUE
VI. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES CHAPITRE I
CHAPITRE II Défauts dans les joints de soudure
I. INTRODUCTION
II. DEFINITIONS
II.1 Définitions du soudage
TABLE DES MATIERES
II.2 Parties constitutives d’un joint soudé
II.3 Procédés de soudage
II.4 Notion de soudabilité
III. DIFFERENTS TYPES D’ASSEMBLAGES SOUDES
IV. DEFAUTS DES JOINTS SOUDES
V. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES CHAPITRE
CHAPITRE Effet des defauts sur la fissuration par fatigue
I. INTRODUCTION
II. ANALYSE DU COMPORTEMENT EN FATIGUE DES MATERIAUX SOUDE
II.1 Matériaux en acier
II.1.1 Effet de caractéristiques mécaniques des matériaux
II.1.2 Effets des défauts de soudure sur la fissuration par fatigue
II.2 Alliages d’aluminium
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES CHAPITRE
CONCLUSION GENERALE

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