Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les essais de fatigue consistent à étudier le comportement sous sollicitation cyclique des matériaux et à en déterminer leur résistance. L’objectif de cet article est d’aborder des domaines de durée de vie des structures ou des composants en service. Ainsi est traité dans un premier temps le thème de la fissuration en fatigue. Puis l’article détaille la pratique des essais de fatigue dans le domaine oligocyclique. Il se focalise enfin sur les aspects de chargements complexes que sont les sollicitations d’amplitudes variables et les chargements multiaxiaux.
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Fatigue tests consist in studying the behavior of materials under cyclic loading and determinating their resistance. The objective of this article is to present domains of fatigue in terms of in-service lifetime for structures or components. Therefore, the topic of fatigue crack growth is addressed first. Then the article provides details about the practice of tests in the domain of low cycle fatigue. Finally, the aspects of complex loadings is highlighted, considering on the one hand variable amplitude loadings and on the other hand multiaxial loadings.
Auteur(s)
-
André GALTIER : Ingénieur recherche et développement Ascometal France Holding, CREAS, Hagondange, France
-
Rémi MUNIER : Ingénieur recherche et développement ArcelorMittal, Global R&D, Maizières-lès-Metz, France
-
Amandine PHILIPPOT : Ingénieure recherche et développement Ascometal France Holding, CREAS, Hagondange, France
-
Bastien WEBER : Ingénieur recherche et développement ArcelorMittal, Global R&D, Maizières-lès-Metz, France
INTRODUCTION
La dégradation des structures et des pièces soumises à des chargements cycliques est un phénomène progressif qu’il convient de caractériser par des essais judicieusement choisis, en particulier pour alimenter les modèles de dimensionnement avec des données matériau. L’objectif des articles consacrés aux essais de fatigue est de présenter les principales méthodes d’essais de fatigue réalisables pour comparer des matériaux et des procédés de fabrication, ou pour obtenir les données nécessaires à la prévision des durées de vie à la fatigue.
Cet article aborde des domaines de durée de vie des structures ou des composants en service. Ainsi, la description des essais de fissuration par fatigue permet d’évoquer la manière de prendre en compte la présence de défauts pour déterminer la durée de vie résiduelle d’une pièce en service.
Ensuite, il est question des essais de fatigue dans le domaine oligocyclique qui permettent d’une part de considérer, pour la conception et le dimensionnement, la déformation plastique générée par une amplitude de contrainte élevée, et d’autre part d’étudier plus finement le comportement des matériaux soumis à une plastification locale cyclique.
Les sollicitations complexes font l’objet des deux dernières parties de l’article. En effet, l’estimation du comportement en fatigue des composants ou des structures en service ne repose généralement pas sur des amplitudes de chargement constantes dans le temps ni sur des sollicitations simples et uniaxiales.
Différentes approches expérimentales peuvent être utilisées pour estimer la durée de vie en service sous chargement d’amplitude variable. Elles sont présentées dans la troisième partie. La quatrième et dernière partie aborde les chargements multiaxiaux. Le dimensionnement du comportement en fatigue peut être, dans ce cas, réalisé par des critères spécifiques dont l’objectif est de calculer une contrainte uniaxiale équivalente en termes de résistance en fatigue à l’état multiaxial.
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KEYWORDS
fatigue | tests | material
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 2000 par Paul RABBE, Henri-Paul LIEURADE, André GALTIER
DOI (Digital Object Identifier)
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Notations et symboles
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6. Glossaire
Amplitude de contrainte ; stress amplitude
Étendue de contrainte entre la contrainte moyenne et la contrainte maximale lors d’un chargement cyclique.
Capteur d’ouverture ; crack opening displacement extensometer
Capteur d’extensométrie qui, à partir de la mesure de l’ouverture entre les deux lames du capteur, permet, via la méthode de la complaisance, de remonter à la longueur de fissure propagée.
Contrainte moyenne ; mean stress
Niveau moyen de contrainte sur un signal cyclique.
Courbe d’écrouissage cyclique ; cyclic stress-strain curve
Relation entre la déformation maximale imposée et la contrainte maximale atteinte avec un rapport de déformation égal à – 1.
Courbes de Manson-Coffin ; EN curves
Relations entre l’amplitude de déformation plastique, élastique et totale en fonction du nombre de cycles à rupture.
Éprouvette ; specimen
Échantillon de matière, avec une géométrie spécifique, permettant de déterminer les propriétés des matériaux testés en laboratoire.
Extensomètre ; extensometer
Capteur dont la variation de longueur entre deux couteaux, points de contact avec l’éprouvette, permet de calculer la déformation dans la partie calibrée.
Facteur d’intensité de contrainte ; stress intensity factor
Paramètre permettant de caractériser le champ de contraintes existant autour du fond de fissure, et donnant une indication sur la criticité de celle-ci.
Fatigue ; fatigue
Mode de défaillance progressive d’une éprouvette ou d’une structure soumise à un chargement cyclique.
Fatigue oligocyclique ; Low Cycle Fatigue
Domaine où les durées de vie sont généralement comprises entre quelques centaines et quelques millions de cycles, où la sollicitation est majoritairement supérieure à la limite d’élasticité du matériau. Les essais sont pilotés en déformation.
Fermeture de fissures ; crack closure
Phénomène correspondant à l’entrée en contact des lèvres de la fissure de fatigue lors de la phase de déchargement d’un cycle.
Flambage ; buckling
Instabilité élastique contribuant à la ruine d’une éprouvette...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOHNSON (H.H.), PARIS (P.C.) - Subcritical flow growth. - - Eng. Fracture Mechanics (USA), 1(1), p. 3-45 (1968).
-
(2) - SARRAZIN-BAUDOUX (C.) et al - Fatigue propagation of short and long cracks in gaseous hydrogen environment in 3.5NiCrMoV steel. - Engineering Failure Analysis, 69, p. 29-34 (2016).
-
(3) - MURAKAMI (Y.) et al - Hydrogen embrittlement mechanism in fatigue of austenitic stainless steels. - Metall Mater Trans A, 39, p. 1327 (2008).
-
(4) - LIEURADE (H.P.) - Les méthodes d’essais en fatigue oligocyclique. - Mécanique, Matériaux, Électricité (F), 323-324, p. 15-26 (1976).
-
(5) - COFFIN (L.F. Jr.) - Internal stresses and fatigue in metals. - Elsevier Publishing (1959).
-
(6) - COFFIN (L.F. Jr.) - Fatigue...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode d’essai de propagation de fissure en fatigue - ISO 12108:2018 - 07-18
-
Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates - ASTM E647-15e1 - 05-15
-
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par déformation axiale contrôlée - ISO 12106:2017 - 03-17
-
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode d’essai de fatigue thermo-mécanique avec déformation contrôlée - ISO 12111:2011 - 08-11
-
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Essais sous amplitude variable — Partie 1: Principes généraux, méthode d’essai et exigences sur le rapport d’essai - ISO 12110-1:2013 - 07-13
-
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Essais sous amplitude variable — Partie 2: Méthodes de comptage des cycles et méthodes associées de réduction des données - ISO 12110-2:2013 - 07-13
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
MTS System Corporation https://www.mts.com/fr
INSTRON https://www.instron.com
ZwickRoell https://www.zwickroell.com/
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Société française de métallurgie et de matériaux https://sf2m.fr/
HAUT DE PAGE1.3 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Centre technique des industries mécaniques https://www.cetim.fr/
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