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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 33 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 14 Mo |
Extrait
ENSC-(2010/265)
THESE DE DOCTORAT
DE L’ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE CACHAN
Présentée par
Monsieur Nicolas GUILLEMOT
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE CACHAN
Domaine :
MECANIQUE – GENIE MECANIQUE – GENIE CIVIL
Titre de la thèse :
Prise en compte de l’intégrité de surface
pour la prévision de la tenue en fatigue de pièces usinées
en fraisage
Thèse soutenue à Cachan le 13 décembre 2010 devant le jury composé de :
J.Y. HASCOET Professeur, Ecole Centrale Nantes Président
S. CALLOCH Professeur, ENSIETA Brest Rapporteur
G. POULACHON Professeur, Arts et Métiers ParisTech Centre Cluny
J.-L. LEBRUN Maître de conférences, Directeur Recherche ESTP Examinateur
P. DAGUIER Docteur ingénieur, ASCOMETAL Invité
B. MAWUSSI nférences HDR, Université Paris 13 Co-encadrant
R. BILLARDON Professeur, Université Pierre et Marie Curie Directeur de thèse
C. LARTIGUE Professeur, Université Paris-Sud 11
Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée
ENS de Cachan / EA 1385 / Université Paris-Sud 11
Laboratoire de Mécanique et Technologie
ENS de Cachan / CNRS / UMR 8535 / UPMC
61, avenue du Président Wilson, 94235 CACHAN Cedex (France)
tel-00610030, version 2 - 31 Aug 2011tel-00610030, version 2 - 31 Aug 2011
A mes parents,
ma famille,
mes amis
tel-00610030, version 2 - 31 Aug 2011
tel-00610030, version 2 - 31 Aug 2011Remerciements
Ces travaux de thèse ont été réalisés au LURPA (Laboratoire Universitaire de Recherche en
Production Automatisée) et au LMT-Cachan (Laboratoire de Mécanique et Technologie) en
collaboration avec la société ASCOMETAL. Je remercie respectivement M. Luc Mathieu et
M. Ahmed Benallal pour m’avoir accueilli dans ces laboratoires au sein de l’équipe GEO3D
pour le LURPA et l’UTR multi-physiques du secteur matériau pour le LMT.
Je remercie particulièrement le jury d’avoir accepté de participer à l’évaluation de ce travail.
Merci à M. Jean-Yves Hascoët de m’avoir fait l’honneur de présider ce jury même si, comme
il le dit si bien, je suis un garçon « embêtant » à vouloir usiner en inclinant l’outil en arrière.
Un grand merci de même à M. Sylvain Calloch et M. Gérard Poulachon pour l’intérêt qu’ils
ont porté à ce travail en acceptant d’être rapporteurs.
Je remercie tout autant M. Pascal Daguier et M. Hervé Michaud d’ASCOMETAL CREAS de
m’avoir accueilli plusieurs fois à Hagondange et m’avoir soutenu techniquement tout au long
de cette thèse. Un grand merci à Fred pour sa dextérité sur le Vibrophore. Un énorme merci à
Laurent Flacelière, anciennement ASCOMETAL, sans qui le bon déroulement de cette thèse
aurait été très sérieusement compromis.
Je remercie vivement Jean-Lou Lebrun pour ses nombreux conseils avisés, notamment sur les
contraintes résiduelles. Merci aussi à Etienne et à toute l’équipe d’Angers auprès de qui j’ai
pu beaucoup apprendre sur la fatigue.
Merci aussi à M. Wilfried Seiler pour m’avoir accueilli plusieurs fois au sein du PIMM à
l’ENSAM de Paris pour mesurer mes largeurs de corde récalcitrantes…
J’adresse bien sûr ma plus grande reconnaissance à Claire, René et Bernardin pour leur
encadrement, leur disponibilité, leurs conseils et leur incroyable motivation au cours de ces 3
années. Merci à Claire de m’avoir fait comprendre qu’à un moment « le mieux est l’ennemi
du bien » ! De même, j’adresse d’énormes remerciements à Benito et Stall que j’ai eu le
plaisir d’encadrer lors de leurs très bons stages de recherche de M2.
Merci pour la double ambiance de labo : deux fois plus de bars, de café, de blagues, de
conversations rugbystiques mais aussi scientifiques. En mélangeant les labos et le DGM, je
vais essayer de ne pas oublier trop de monde en remerciant Boubou, Frizou, Bibou, Loulou,
genou, hibou, … Yann (pour ses conseils avisés et ses blagues distinguées), Danielle, Panpan,
Tonton, Piwi, Topho, Eric, Xavier, Robin, Moun, Sexo, Julien, Nathalie et ses gâteaux, Dom,
Alain, Patrick, Camille, Op’. Merci aussi à Jean-François, Dominique, Philippe, Francis,
tel-00610030, version 2 - 31 Aug 2011Patrice, Jean et Jean-Paul pour leur aide. Je n’oublie bien sûr pas ceux qui m’ont beaucoup
aidé pour les pré-soutenances : Anne, Manue, Sylvain, François, Martin, PAB, Bruno,
François, pipo et bimbo… Et merci au petit Pedrito et au grand Renaud, mes 2 formidables
ex-co-bureaux.
Un grand merci à mes parents, ma grand-mère, Ben, les copains qui se sont déplacés pour
m’encourager à la soutenance, ceux qui ont participé au pot, et tous ceux qui sont venu
festoyer ensuite au bistrot de l’ovalie ! Merci beaucoup pour les cadeaux et les montages sous
Photoshop… Ils sont vraiment très crédibles…
tel-00610030, version 2 - 31 Aug 2011Table des matières
Table des matières...................................................................................................................... 7
Liste des notations.................................................................................................................... 13
Introduction .............................................................................................................................. 17
CHAPITRE 1: INFLUENCE DE L’USINAGE SUR LA FATIGUE À GRAND
NOMBRE DE CYCLES............................................................................ 21
1. INTÉGRITÉ DE SURFACE ....................................................................................................... 22
1.1. Définition.................................................................................................................. 22
1.2. Ordres de grandeurs associés à l’intégrité des pièces usinées................................... 23
1.3. Origine des contraintes résiduelles en usinage.......................................................... 24
2. DURÉE DE VIE EN FATIGUE................................................................................................... 27
2.1. Courbes contrainte-nombre de cycles à rupture (courbe de Wöhler) ....................... 27
2.1.1. Détermination expérimentale........................................................................27
2.1.2. Modélisation de la courbe S-N ..................................................................... 29
2.2. Étude de l’endurance................................................................................................. 30
2.2.1. Critère basé sur un seuil de non propagation................................................ 30
2.2.2. Critère de Dang-Van..................................................................................... 32
2.2.3. Critère d’endommagement à deux échelles .................................................. 33
3. INFLUENCE DE L’INTÉGRITÉ DE SURFACE SUR LA TENUE EN FATIGUE .................................. 34
3.1. Fatigue influencée par la microgéométrie................................................................. 34
3.1.1. Influence des paramètres de rugosité............................................................ 34
3.1.2. Direction des stries d’usinage ....................................................................... 35
3.1.3. Microgéométrie et concentration de contrainte ............................................ 36
3.1.3.1. Approche empirique 36
3.1.3.2. Simulation par éléments finis......................................................... 38
3.1.4. Concentration de contrainte en fatigue 39
3.1.5. Approches basées sur la mécanique linéaire de la rupture ........................... 40
3.1.5.1. Approche empirique....................................................................... 40
3.1.5.2. Approche basée sur un seuil de non-propagation ......................... 41
3.1.6. Synthèse........................................................................................................45
3.2. Fatigue influencée par l’état mécanique non standard généré en sous-surface ........ 45
3.2.1. Influence des contraintes résiduelles ............................................................ 46
3.2.1.1. Contraintes résiduelles générées en tournage............................... 46
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tel-00610030, version 2 - 31 Aug 20113.2.1.2. Contraintes résiduelles générées par d’autres proc