Contribution à l'étude des lois d'endommagement en fatigue

Ngargueudedjim Kimtangar

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• Publié par: Thuen
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• Langue: Français

Extrait

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES  Letravail abordé dans ce mémoire vise à explorer et analyser le comportement des lois d’endommagement en fatigue en vue de tenter d’apporter une réponse à certains inconvénients constatés. S’il est un domaine de la fatigue où les chercheurs ont travaillé dans de multiples directions depuis très longtemps sans pour autant avoir fait évoluer la pratique et surtout les outils employés en bureau d’études, c’est bien celui des lois d’endommagement. Les chercheurs en question n’ont pourtant pas manqué d’idées pour aborder le problème mais cela n’a pas véritablement débouché sur un modèle qui serait venu supplanter la loi de Miner qui est utilisée depuis l’origine (près de 60 ans maintenant et toujours pas à la retraite, serait ce un signe?). L’absence de modèle d’endommagement universel témoigne en fait de la difficulté à concilier de manière simple des objectifs disparates et dans certains cas antagonistes : •la prise en compte de l’ordre d’apparition des cycles pour distinguer en fatigue les effets d’un chargement démarrant par des cycles de faible amplitude suivis par des cycles de plus forte amplitude de ceux d’un autre chargement où seraient permutés ces deux blocs de cycles. •l’effet des cycles d’amplitude inférieure à la limite d’endurance (une fois que le dommage est initié). •une bonne traduction du caractère endommageant des cycles, aussi bien dans le domaine des faibles durées de vie que dans celui des durées de vie plus grandes, alors que les mécanismes physiques mis en œuvre sont vraisemblablement différents dans les deux cas de par la plasticité et l’écrouissage présents dans le domaine oligocyclique. •la capacité d’intégrer dans le calcul du dommage des cycles de contraintes successifs de sollicitations différentes, des cycles comprenant une contrainte moyenne, ou encore des cycles de contraintes multiaxiales. La complexité de l’endommagement ou tout au moins son (ou ses) mécanisme(s) physique(s) explique sans doute la multitude des modèles proposés pour répondre à des cas bien spécifiques. Il faut reconnaître d’ailleurs que la pratique actuelle en Mécanique ou en Sciences des Matériaux fait que l’on désigne souvent sous le même vocable de dommage des

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grandeurs ou caractéristiques de comportement très différentes d’un domaine à un autre, générées par des sollicitations monotones dans certains cas ou cycliques dans d’autres. La première partie du travail effectué a concerné une étude bibliographique des lois d’endommagement. Onze modèles ont été retenus qui concernent les principaux concepts mis en œuvre dans le domaine de la modélisation du dommage par fatigue: l’énergie de déformation, la propagation de fissure, la variation de la limite d’endurance, celle de la courbe SN et enfin l’endommagement continu. Ce travail, élaboré dans le premier chapitre, a été l’occasion de mieux cerner les défauts ou qualités des modèles, voire des concepts sur lesquels sont basés ces modèles. Le second chapitre concerne également la bibliographie. Il s’agissait là de recenser l’ensemble des résultats d’essais de fatigue à plusieurs niveaux de contraintes (deux en général) sur lesquels les lois d’endommagement auraient à s’exprimer, ce qui allait permettre de scruter leur validité. Trois sources de résultats expérimentaux ont été utilisées pour constituer en quelque sorte une banque de données d’essais de cumul de dommage. La confrontation des prévisions de durée de vie des lois d’endommagement avec ces résultats expérimentaux est réalisée dans le troisième chapitre. Même si les essais recensés ne regroupent pas tous les cas imaginables de séquences de chargement, ils sont suffisamment diversifiés pour mettre en évidence les carences de certains modèles vis à vis de cas plus discriminants que d’autres. On comprend mieux pourquoi la loi de Miner supplante encore aujourd’hui tous les autres modèles quand on observe les résultats obtenus ou qu’on mesure les difficultés de détermination des paramètres matériau pour certaines lois d’endommagement. La loi de Miner est pourtant la seule à ne pas prendre en compte l’influence de l’ordre d’apparition des cycles ! Le quatrième chapitre tente de mesurer quantitativement la sensibilité des prévisions des modèles à certaines données matériau nécessaires à leur mise en œuvre. Il s’agit là d’un indicateur qui mesure la précision (ou le soin) à apporter le cas échéant à la détermination des données matériau nécessaires à l’exploitation des lois d’endommagement. Il apparaîtd’une part que les lois d’endommagement sont (parfois fortement) sensibles aux données qui touchent à la courbe SN du matériau et d’autre part que certains paramètres matériau qui passent généralement pour être des constantes s’avèrent en fait dépendre du niveau d’endommagement atteint par le matériau. Le chapitre 5 a porté sur une proposition d’amélioration de la loi de Lemaitre et Chaboche, amélioration qui s’appuie sur les observations faites au chapitre 4. Il s’agit de

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considérer comme variable le paramètreβde la loi, en le liant à la limite d’endurance du matériau et en couplant cette dernière à la fraction de vie courante. Pour bénéficier pleinement de cette nouvelle formulation de la loi, il apparaît indispensable d’utiliser pour son calage le domaine de la courbe SN pour lequel la loi est utilisée. Le gain apporté à la prévision de durée de vie (ou de fraction de vie), dans le cas le plus discriminant qui est le cas d’une séquence HautBas, est substantiel puisqu’il réduit de moitié l’erreur de prévision de la version initiale de la loi de Lemaitre et Chaboche. Cette avancée ouvre des perspectives puisqu’elle a permis d’entrevoir le principe à appliquer pour améliorer les lois existantes : la modélisation de la transformation des caractéristiques mécaniques des matériaux, monotones et cycliques, en fonction de leur endommagement. La poursuite du travail effectué dans ce chapitre sera donc axée sur la proposition de nouvelles lois ou l’amélioration de lois existantes avec la même philosophie que ce qui a été fait ici. Un point qui paraît très important quant à la fiabilité de l’action entreprise concerne à la fois la maîtrise de l’aspect probabiliste des résultats expérimentaux, que les essais soient à un seul niveau de contrainte (pour l'élaboration d'un point d'une courbe SN) ou à deux niveaux pour un essai de cumul de dommage, et l’élargissement de la banque de données à d’autres matériaux. La machine de fatigue présente à l’Université de N’Djamena pourra se prêter à une campagne d’investigation expérimentale sur le cumul de dommage dans un proche avenir.

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