Bibliographie & annexes
Présentation
English
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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Lire l’articleAuteur(s)
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André GALTIER : Ingénieur recherche et développement Ascometal France Holding, CREAS, Hagondange, France
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Rémi MUNIER : Ingénieur recherche et développement ArcelorMittal, Global R&D, Maizières-lès-Metz, France
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Amandine PHILIPPOT : Ingénieure recherche et développement Ascometal France Holding, CREAS, Hagondange, France
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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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 2000 par Paul RABBE, Henri-Paul LIEURADE, André GALTIER
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Présentation
Prise en compte des sollicitations d’amplitudes variables
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2. Résistance à l’amorçage en fatigue oligocyclique
2.1 Introduction
Contrairement au domaine de la fatigue endurance [M 4 170], lorsque l’amplitude de la contrainte est élevée, chaque cycle de sollicitation entraîne une déformation plastique macroscopique conduisant à un nombre de cycles à rupture limité.
On peut situer ce domaine depuis la contrainte correspondant à la limite d’élasticité macroscopique jusqu’à celle correspondant à la charge de rupture statique (qui provoquerait la rupture en un quart de cycle) du métal considéré, sollicité dans les mêmes conditions. Dans ce domaine, le nombre de cycles à rupture s’étend généralement jusqu’à 104 ou 105 (Low Cycle Fatigue), selon la nature du matériau.
L’intérêt des essais dans le domaine de la fatigue plastique oligocyclique est double ; ils permettent :
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de prendre en compte ce phénomène pour la conception et le dimensionnement des appareils (courbe de résistance à la fatigue ou courbe E-N pour déformation-nombre de cycles à rupture) ;
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de mener une analyse plus fine du comportement des matériaux soumis à une plastification locale cyclique (courbe d’écrouissage cyclique).
Le principe général de ces essais consiste à imposer une sollicitation qui provoque une déformation plastique cyclique dans le corps de l’éprouvette. On détermine le nombre de cycles que peut supporter l’éprouvette sous une sollicitation donnée ainsi que les paramètres correspondants : déformations, contraintes. Comme le paramètre déformation est essentiel, ces essais sont généralement effectués à déformation imposée avec un rapport de déformation égal à – 1.
HAUT DE PAGE2.2 Moyens d’essais
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Résistance à l’amorçage en fatigue oligocyclique
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
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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
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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
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...
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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