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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Apports et influence des modélisations statistiques d'une contrainte aléatoire dans le calcul de la durée de vie
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2. Fatigue et endommagement dans la validation d'une durée de vie d'un composant mécanique
Les résultats de l'analyse des sollicitations, mesurées dans les conditions réelles d'usage, doivent être exploitables par les étapes de la méthode de calcul de la durée de vie. Ainsi, on doit trouver (voir ) une méthode de comptage permettant de recenser un « événement statistique de charge » dans un historique de chargement aléatoire. Par exemple, cet événement peut être constitué par des amplitudes regroupées en classes, des extrema, des étendues, ou des « cycles » de la sollicitation étudiée. Souvent, ce sont des étendues ou des cycles de contraintes qui sont exploités pour effectuer le calcul d'une durée de vie.
Pour renforcer les moyens de prévision, le calcul de durée de vie doit bénéficier d'une approche probabiliste afin d'annoncer une fiabilité. Plutôt que des événements de type « étendue » ou « cycle », ce sont les événements de charges regroupés en classes, ou les extrema, qui se prêtent le mieux à la modélisation probabiliste (voir ).
2.1 Loi d'endurance ou courbe de Wöhler
Une courbe de Wöhler (figure 1c) représente, pour une probabilité p de rupture, l'amplitude de la sollicitation cyclique ((Sa ) considérée pour une sollicitation moyenne donnée
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Fatigue et endommagement dans la validation d'une durée de vie d'un composant mécanique
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).
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(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).
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(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).
-
(5) - LALANNE (C.) - Vibrations et chocs mécaniques – tome 4 : Dommage par fatigue. - HERMES Science Publications, Paris (1999).
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