Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Jian LU : Professeur en génie mécanique à l’Université de technologie de Troyes (UTT) - Directeur du département Génie des systèmes mécaniques et du Laboratoire des systèmes mécaniques et d’ingénierie simultanée (LASMIS)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le phénomène de fatigue est un processus complexe. Le nombre de facteurs d’influence est très important. S’il est possible de tester les matériaux sous certaines conditions, il sera difficile de réaliser tous les essais avec une sollicitation représentative et la géométrie réelle des composants mécaniques. Il est cependant intéressant d’analyser rapidement le rôle et l’effet de chaque paramètre pouvant changer les éléments d’appréciation. Il n’est pas possible de considérer les effets de manière intégrée. Chaque paramètre est donc analysé de manière séparée. On distingue différents types de paramètres : les facteurs relatifs à la sollicitation et à l’environnement, à la géométrie et aux matériaux. Dans la première catégorie de paramètres, on peut citer : le type de la sollicitation (uniaxiale, multiaxiale avec ou sans déphasage), les contraintes moyennes, le spectre de chargement et de surcharge, la fréquence du chargement, la température, la corrosion et le « fretting ». Dans la deuxième catégorie de paramètres, on trouve : l’état de surface, l’effet d’entaille et l’effet d’échelle. Dans la troisième catégorie de paramètres, on a enfin : les caractéristiques du matériau, la micro-structure du matériau, les contraintes résiduelles, les traitements de surface. Un concepteur doit analyser l’ensemble de ces paramètres pour en dresser une liste aussi exhaustive que possible et les quantifier pour calculer la résistance à la fatigue de sa pièce. Le but de cet article est de lui fournir les données et la méthodologie nécessaires pour chiffrer ces facteurs dans un calcul prévisionnel et de lui indiquer les limites de leur emploi.
On peut, soit par l’analyse de résultats bibliographiques, soit (et c’est préférable) à partir d’essais dynamiques réels, connaître la limite d’endurance d’un matériau dans des conditions bien précises (forme de l’éprouvette ou de la pièce, conditions d’essais, etc.). Mais, au stade de la fabrication ou en cours d’utilisation, d’autres facteurs vont intervenir qui, finalement, auront une influence primordiale, bénéfique ou néfaste, sur la tenue en service du produit fini. Tout l’art du concepteur consiste précisément à dresser une liste aussi exhaustive que possible de ces différents facteurs d’influence. Il devra ensuite chiffrer chacun d’entre eux pour enfin calculer l’endurance de sa pièce.
Cet article est la suite de Fatigue des alliages ferreux. Définitions et diagrammes . L’article suivant donne des exemples de calcul de pièces en fatigue.
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Dimension ou effet d’échelle
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2. Type de sollicitation
Lorsque l’on mesure la limite de fatigue d’un matériau avec des éprouvettes d’un type usuel, on n’obtient pas la même valeur (toujours avec σ m = 0) en flexion rotative (épreuve la plus usuelle) qu’en flexion plane ou en traction-compression ; en torsion, comme on détermine un cisaillement, on trouve une valeur sensiblement plus faible dans le rapport
. C’est ainsi qu’en prenant un coefficient 1 pour la flexion rotative 1, un certain nombre de facteurs de passage, notés K p, ont été proposés :
-
flexion plane K p = 1,05 ;
-
traction-compression K p = 0,90 ;
-
torsion K p = 0,60.
À ce stade, il est nécessaire d’insister sur le fait que les valeurs numériques obtenues sont le fruit d’un choix délibérément conservatif de s’aligner sur les percentiles 90 % (voir article Statistiques [A 166]). Ce choix a donc pour conséquence immédiate l’obtention de valeurs peut-être faibles, mais au moins sûres. C’est ainsi que l’auteur a obtenu expérimentalement, sur un matériau 35CD4, trempé et revenu à 920 N/mm 2, une limite d’endurance en traction-compression égale à 455 N/mm 2 alors qu’une telle approche conduit à σ D = 0,9 [920 (0,57 − 1,2 × 10-4 × 920)] » 380 N/mm 2, soit environ 0,84 fois la limite expérimentale.
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BIBLIOGRAPHIE
-
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-
(3) - SURESH (S.) - Fatigue of materials - . Cambridge University Press (1991).
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(4) - CHABOCHE (J.L.), LEMAÎTRE (J.) - Mécanique des matériaux solides - . Dunod (1996).
-
(5) - NEPPIRAS (E.A.) - Techniques and equipment for fatigue testing at very high frequencies - . Proceedings ASTM 59, p. 691-710, Philadelphia.
-
(6) - BATHIAS (C.) - There is no infinite fatigue life in metallic materials - . Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 22, 559-565.
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