Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Raed KOUTA : Docteur en mécanique - Maître de conférences, université Technologique de Belfort-Montbéliard
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Daniel PLAY : Ingénieur, Docteur, professeur d'université à l'institut national des Sciences appliquées de Lyon
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le calcul prévisionnel de la durée de vie d'un système, ou d'un composant, mécanique, fonctionnant dans des conditions réelles d'usage, s'effectue à partir de l'état de fatigue des matériaux constitutifs des composants étudiés.
La fatigue des matériaux se manifeste chaque fois que les efforts et les sollicitations varient au cours du temps. Ces sollicitations aléatoires prennent des allures très variées (consulter [BM 5 030] et [BM 5 031]). La rupture peut ainsi apparaître avec des contraintes relativement faibles, quelquefois inférieures à une limite conventionnelle appelée « limite d'endurance » SD .
La fatigue des matériaux est abordée de deux façons.
La première repose sur une approche globale où le matériau est considéré comme un milieu homogène à une échelle macroscopique. Les caractéristiques mécaniques du matériau sont présentés par les courbes de fatigue, dont la plus connue est la « courbe de Wöhler ». Les points critiques des composants sont définis par les points de sollicitations les plus dommageables, et les calculs de durée de vie sont faits en ces points.
La seconde façon d'aborder la fatigue des matériaux repose sur une approche locale où sont considérés des défauts caractéristiques potentiels du matériau (fissures). Dans ces zones, les sollicitations conduisent à la définition d'une vitesse de fissuration, et la rupture est obtenue lorsqu'une longueur limite de fissure est atteinte.
Ces deux façons d'aborder le calcul de la durée de vie en fatigue des systèmes, ou des composants mécaniques utilisent les mêmes distributions de charges aléatoires.
La présentation de ce dossier sera cependant limitée à l'approche globale, car cette façon d'aborder la résistance des matériaux est très largement répandue et repose sur une large compétence dans l'industrie. Un gain significatif de la qualité des prévisions est alors attendu avec la prise en compte des sollicitations aléatoires. Signalons toutefois que la seconde approche n'est pas exclue et que tous les développements présentés ici peuvent être extrapolés.
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4. Calcul de l'endommagement et de la durée de vie à partir de la Densité spectrale de puissance (DSP)
Un système ou un composant mécanique présente une réponse aux sollicitations appliquées (DSP). Cette réponse peut être, soit mesurée sur un prototype soumis à des essais de qualification, soit calculée à partir d'un modèle mécanique global.
L'expression montre que le dommage dépend de la variance des amplitudes de la sollicitation. La relation (39) du § 3.1 de donne l'expression de la variance d'une sollicitation aléatoire en fonction de sa DSP. Cette dernière doit être auparavant représentée par plusieurs paliers (G i). Dans ce cas, la relation s'exprime de la manière suivante :
( 33 )
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Cette expression est...
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Calcul de l'endommagement et de la durée de vie à partir de la Densité spectrale de puissance (DSP)
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LIEURADE (H.-P.) - Estimation des caractéristiques de résistance et d'endurance en fatigue – La fatigue des matériaux et des structures. - Collection université de Compiègne, Éditeurs scientifiques : Bathias, C., Bailon, J. P., Les presses de l'université de Montréal (1980).
-
(2) - FATEMI (A.), YANG (L.) - Cumulative fatigue damage and life prediction theories : a survey of the state of the art for homogeneous materials. - Int J Fatigue, 20(1), p. 9-34 (1998).
-
(3) - LELUAN (A.) - Méthodes d'essais de fatigue et modèles d'endommagement pour les structures de véhicules ferroviaires. - Revue générale des chemins de fer, Gauthier-Villars éditions, p. 21-27, déc. 1992.
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(4) - BROZZETTI (J.), CHABROLIN (B.) - Méthodes de comptage des charges de fatigue. - Revue Construction Métallique, no 1 (1986).
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(5) - LALANNE (C.) - Vibrations et chocs mécaniques – tome 4 : Dommage par fatigue. - HERMES Science Publications, Paris (1999).
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