Academic literature on the topic 'Méthode de chargements équivalents en fatigue'

Trois étapes sont mises en oeuvre ici : la méthode de localisation, la fonction de dommage matériau et le processus de détermination des chargements équivalents en fatigue (CEF). De nombreux essais de fatigue ont été réalisés (415 au total) pour étudier le comportement en fatigue sous chargement multiaxial relaxant et non relaxant sur des éprouvettes de caoutchouc naturel. La durée de vie et les caractéristiques des fissures sont analysées pour finalement introduire un critère de fatigue approprié basé sur le plan critique et permettant de rendre compte de l'effet de déformation moyenne. Ce critère est généralisé à travers une méthode originale de recherche du plan critique. Pour estimer la réponse mécanique locale (méthode de localisation), une méthode de couplage des axes adaptée à la nature non linéaire des structures élastomères est proposée. Elle est basée sur la décomposition multiplicative des tenseurs du gradient de la déformation. Ces deux étapes sont ensuite mises en oeuvre dans le cadre du processus de détermination du CEF. Pour cela, une méthode d'optimisation globale est ajoutée pour déterminer les chargements simplifiés, induisant partout localement le même endommagement en fatigue dans la structure étudiée que le RLD. Le temps de calcul de cette optimisation est réduit en ne considérant qu'un sous-ensemble de points matériels, les plus endommagés, pour la détermination du CEF. Enfin, la méthode a été testée sur une éprouvette afin de souligner ses capacités et de valider l'approche
This thesis introduces an Equivalent Fatigue Load (EFL) approach for the multiaxial fatigue design of elastomeric parts. As direct Finite Element Analysis (FEA) calculations of automotive in-service loads (Road Load Data (RLD)) are too expensive, the objective is to derive simplified load blocks as a realistic input for numerical damage calculations. Three streps are applied for this method: the localization method, the material damage function and the EFL determination process. Various fatigue tests have been conducted (415 samples) to study the fatigue behavior of this complex type of relaxing and non-relaxing multiaxial loading on natural rubber specimens. Lifetime and crack features are analyzed to eventually introduce an appropriate critical planebased fatigue measure and to establish a novel mean strain effect model. This criterion is generalized throughout an original critical plane search method. To estimate the local mechanical response (localization method), this thesis identifies an axes-coupling method that is fitted for the nonlinear nature of elastomeric structures. It is based on the multiplicative decomposition of the deformation gradient tensors. These two steps are then implemented in the framework of the EFLdetermination process. For this, a global optimization method is added to determine the simplified load blocks, causing locally the same fatigue behavior in the given structure. The computational costs of this optimization are reduced by only considering a subset of the most damaged material points for EFLdetermination. Finally, the method has been challenged on a specimen to outline its capabilities and to validate the approach

Nous étudions la plasticité cyclique et l'endommagement de fatigue, par la théorie de lascivité et celle de l'endommagement, avec prise en compte d'aspects probabilistes (chargements aléatoires pour la plasticité; chargements et caractéristiques du matériau aléatoires pour l'endommagement de fatigue). Nous avons fait des simulations numériques pour différents modèles en utilisant la méthode monte-carlo. Nous avons réalise des essais expérimentaux en utilisant la technique de pilotage et acquisition en temps réel. Nous exposons ici une des méthodes que nous avons étudiées pour introduire des variables aléatoires dans la modélisation de la fatigue pour calculer la fiabilité d'une pièce mécanique. L'estimation de la fiabilité d'une structure nécessite une modélisation stochastique simple

La modélisation de la progression d'une fissure soumise à un chargement d'amplitude constante après l'application d'une surcharge est réalisé à partir de 3 méthodes : méthode analytique, méthode numérique basée sur la méthode des éléments finis et d'une méthode basée sur la théorie des dislocations
The modelisation of the propagation submissive at a constant amplitude loading after one overload was realized, starting from three methods : analytical method, finite elements method, method based on the dislocations theory. Analytical, finite elements and dislocations methods, and experimental results are compared

Une nouvelle méthodologie pratique de calcul des structures inélastiques endommageables sous chargements cycliques (fatigue à faible nombre de cycles) a été proposée. L'idée consiste à mettre au point un schéma à deux échelles de temps : - un algorithme implicite pour l'intégration numérique des équations de comportement à l'intérieur d'un cycle (temps court). - un algorithme explicite dans l'espace des cycles (temps long). Pour l'intégration sur le temps court, un algorithme asymptotique a été développé. Il est basé sur une formulation intégrale des relations de comportement endommageable. Cette dernière a été adoptée séparément pour les deux cas de la plasticité et de la viscoplasticité. L'évaluation des formes intégrales obtenues est effectuée grâce à un développement asymptotiques de leur intégrants au voisinage de la borne supérieure du pas de temps d'intégration, conduisant à un algorithme asymptotique implicite. L'avantage de cette procédure est que seulement un système de 3 3 pour la plasticité couplée et 2 2 pour la viscoplasticité couplée, est résolu par un processus itératif. Ce qui est intéressant d'un point de vue numérique. Pour l'intégration sur l'espace des cycles (temps long), on utilise un schéma d'Euler explicite du premier ou du second ordre. Il consiste à calculer un certain nombre de cycles (5 cycles) consécutifs et de réaliser un saut de cycles de pas n, définit par comparaison des différents termes du développement de Taylor. Différentes formules de pas de saut de cycles peuvent être écrites selon les termes retenus dans le développement de Taylor. Le calcul de ce pas est effectué classiquement sur toutes les variables du problème, ce qui pose des difficultés dans l'évaluation du saut de cycles. On montre alors par des exemples numériques l'avantage que l'on tire d'une combinaison des deux schémas décrits précédemment. En premier lieu, le calcul du pas n peut être évalué sur un nombre restreint de variables représentant fidèlement l'évolution de toutes les variables d'état. D'autre part, pour l'extrapolation des variables après le saut, un nombre restreint de variables peut être stocke. La faisabilité d'un tel schéma dans un calcul de structures est vérifiée à travers un certain nombre d'exemples de structures. Les résultats montrent la capacité de ce schéma à modéliser correctement le comportement viscoplastique aussi bien que l'endommagement comparé a un calcul incrémental.

Les dégradations observées dans les contacts soumis à des sollicitations de fretting apparaissent sous différentes formes en fonction des conditions de sollicitation. La prédiction de l'endommagement nécessite la connaissance du comportement des structures sous des chargements mécaniques qui varient périodiquement et peuvent induire ainsi des déformations irréversibles. Ceci conduit à une analyse inélastique des structures s'effectuant habituellement par l'utilisation de méthodes de type incrémentai. Dans le cas des chargements cycliques, ces méthodes amènent des coûts et des temps de calcul très élevés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la Méthode d'Analyse Simplifiée des Structures Inélastiques proposée par le Professeur Zarka et al. Elle repose, par un calcul purement élastique, sur la décomposition de la réponse réelle (en une partie élastique et une partie plastique) et sur un changement de variable qui pennettent de détenniner l'état limite d'une structure ainsi que les contraintes résiduelles et les déformations plastiques. Nous avons appliqué la méthode d'analyse simplifiée au fretting en utilisant une méthode de "chargement équivalent de contact". Après l'application de la MASSI au fretting, nous obtenons l'état stabilisé. Selon la nature de l'état stabilisé, le matériau subit de la fatigue à faible ou à grand nombre de cycles. Dans le cas de la fatigue polycyclique, on s'intéresse à la prédiciton de l'initiation des fissures dues au fretting fatigue avec un critère de fatigue.

Deux matériaux composites unidirectionnels verre/époxyde ont été étudiés sous sollicitations monotones et cycliques, sous chargement de flexion trois points avec cisaillement prépondérant (L/h = 7,5). Pour le premier, tant sous sollicitations monotones que cycliques, la rupture se manifeste par un délaminage en mode II dans le plan moyen de l'éprouvette, localisé entre les plots fixe et mobile. Sous sollicitations de fatigue, le critère de durée de vie à 10% de perte de charge (N10%) traduit au mieux la défaillance de l'éprouvette. Les résultats expérimentaux sont exprimés en terme de pseudo-courbe de Wöhler amplitude de flèche appliquée en fonction de N10%. La flèche limite d'endurance est définie à l'aide d'un dépouillement statistique de Weibull à 2 paramètres. L'endommagement de matage sous les différents plots est pris en compte pour modéliser la courbe de Wöhler (εmax = A-B. LogN10%). Les faciès de rupture sont observés par microscopie électronique à balayage et révèlent un grand nombre de micromécanismes de rupture. L'étude en fatigue du second matériau, dans deux configurations d'orientation, ne nous a pas permis de conclure clairement sur l'hypothèse d'isotropie transverse, les différences observées, étant plutôt attribuées à des effets «structure» qu'à des effets «matériaux». Une bonne cohérence est obtenue entre nos résultats et ceux en cisaillement pur en termes de résistance à la fatigue. Une modélisation numérique par éléments finis et le critère de Tsaï-Hill sous chargement monotone, permettent de définir les zones potentielles d'endommagement. Le modèle de Cui et Wisnom est utilisé pour modéliser l'amorçage et la propagation d'une fissure dissymétrique, telle qu'observée expérimentalement.

Dans le contexte environnemental actuel, l’industrie automobile cherche à réduire les émissions de CO2 tout en gardant des puissances équivalentes de véhicules. Un des solutions est d’alléger les véhicules. Cette thèse CIFRE, portée par Solvay Engineering Plastics en collaboration avec Vibracoustic, s’inscrit dans ce contexte. Elle concerne la tenue en fatigue de pièces injectées en Polyamide 6.6 renforcé par 50% en masse de fibres de verre courtes, et plus précisément la prise en compte des effets induits par des chargements multi-axiaux et la présence de singularités géométriques dans le dimensionnement en fatigue. L’étude est menée sous un conditionnement fixé de température (80°C) et d’humidité relative (50%) représentatif de l’environnement moteur. Pour répondre à l’objectif précité, une méthode complètement intégrée, depuis la simulation d’injection jusqu’à la prédiction de durée de vie par critère de fatigue (Through Process Modelling (TPM)), est utilisée. Une spécificité concerne le calcul de la réponse mécanique en chaque point, à partir d’une approche multi-échelle prenant en compte la viscoélasticité de la matrice et l’orientation des fibres issue du procédé. Le critère de fatigue retenu est un critère en énergie dissipée. Le « Fatigue Indicator Parameter » (FIP) du critère est ici assimilé à l’aire de boucle contrainte-déformation en régime stabilisé, obtenue par post-traitement des champs mécaniques en chaque point de la structure.Après identification inverse de la loi de comportement de la matrice, une première partie du travail s’intéresse, sur éprouvettes lisses, à l’optimisation du degré de discrétisation de l’éprouvette dans l’épaisseur et au choix de la méthode d’identification du critère de fatigue.La méthode est ensuite appliquée à une large base de données expérimentale, construite pour les besoins de l’étude,et impliquant des éprouvettes et des chargements de complexité croissante. Dans un premier temps, le cadre est celui de chargements uniaxiaux en traction sur éprouvettes lisses (avec différentes orientations préférentielles des fibres), sur tubes puis sur éprouvettes entaillées. Puis, on s’intéresse à des chargements en cisaillement sur éprouvettes papillon et de torsion sur tubes, et enfin à des chargements de traction-torsion combinés sur tubes.Pour les différents chargements et degrés de singularité, le travail porte sur la définition d’un volume autour de la singularité sur lequel intégrer le FIP en entrée du critère de fatigue. La définition repose sur l’analyse des gradients mécaniques. Les durées de vie simulées avec la méthode TPM, associée à la définition proposée du volume d’intégration,sont ainsi proches des valeurs expérimentales dans une très grande majorité des configurations étudiées
In the current environmental context, the automotive industry looks for reducing CO2 emissions while keeping vehicles power. To this aim, a solution is to lighten the vehicles. In this context, this Ph.D. thesis, supported by Solvay Engineering Plastics in collaboration with Vibracoustic, deals with fatigue resistance of injected parts in Polyamide 6.6reinforced by 50% wt. of short glass fibers, and attempts to take into account the effects of multiaxial loadings and geometrical singularities into a fatigue design methodology. The study is conducted for a given conditioning(RH50%,T80°C) representative of the atmospheric conditions experienced by motor mounts. A fully integrated numerical approach from injection simulation to lifetime prediction by a fatigue criterion, named Through Process Modelling (TPM), is used. One TPM specificity lies in the calculation of the local mechanical response at each point of the part from a multi-scale approach considering the matrix viscoelasticity and the fibers orientation due to the injection process. The fatigue criterion selected is a dissipated energy one. It is based on a “Fatigue Indicator Parameter” (FIP) assimilated to the stress-strain loop area in the stationary regime and obtained by post-treatment of mechanical fields at each point of the part.First, the matrix constitutive law is identified by reverse engineering. Then, the question of the discretization to be adopted in the thickness of an injected part is addressed on smooth samples, and the identification strategy of the fatigue criterion is defined. Subsequently, TPM is applied to a large fatigue database, specifically built for the study, and involving samples and loadings with increasing complexity. Uniaxial tension loadings are studied, firstly on smooth samples (with different fibers orientations), then on pipes, and finally on notched samples. Shear loadings on butterfly samples and torsion loadings on pipes are studied. At last, pipes under combined tension-torsion are considered. For each loading and each singularity level, attention is paid to the definition of a volume around the singularity onwhich the FIP should be spatially averaged. The definition relies on the mechanical gradients analysis. The TPM provides thus lifetimes predictions close to experimental ones in most of the studied configurations

L'optimisation du dimensionnement des structures passe par une meilleure connaissance de leur mode d'endommagement. Cette étude se focalise donc sur la caractérisation de l'endommagement du contact aube/disque des moteurs aéronautique. Cet assemblage mécanique est soumis a une combinaison d'un effort normal (force centrifuge) et tangentiel (dynamique de l'aube). La portée du disque en Ti-6Al-4V subi donc un chargement complexe de type fretting fatigue. Ce type de sollicitation entraine, entre autre dégradation, de la fissuration dont la modélisation expérimentale et numérique est rendue difficile par les limitations des moyens et des connaissances actuelles. Le premier objectif de ce travail de thèse est de développer un moyen d'essai et une instrumentation associée afin d'étudier de façon qualitative et quantitative la fissuration d'un contact Ti-6Al-4V/Ti-6Al-4V. Le second but est d'utiliser les données issues de ce moyen expérimental afin de proposer un modèle de prédiction des durées de vie de cet assemblage. Un montage inédit de fretting fatigue double vérin mono-contact a été mis en place avec une instrumentation nouvelle pour ce type d'essai : suivi de fissuration par suivi de potentiel et par émission acoustique. Une attention particulière a été apportée aux calibrations et aux méthodologies expérimentales. Ce banc d'essai permet notamment de simuler des efforts de fretting applique en phase ou alors de telle manière a simuler un vrai cycle de vol. Cet outil a permis de décrire quantitativement les premières courbes de Wohler en fretting à amorçage (Effort de fretting vs Nombre de cycles à amorçage) pour deux configurations de contact (cylindre/plan et plan/plan). Les impacts des différents paramètres de fretting sur l'amorcage ont pu être quantifies. Les paramètres influant sont : la configuration du contact, les niveaux des efforts appliques et leur mode de combinaison (cycles en phase ou cycles de type vol). De plus des courbes de cinétique de propagation des fissures ont pu être extraites des différents essais, montrant un fort impact du fretting sur les vitesses de propagation des fissures. Une analyse qualitative via l'émission acoustique a montré un mécanisme d'amorçage et de propagation en 3 étapes suivant la perte d'influence du contact. Un modèle de prédiction de l'amorçage et de simulation de la propagation des fissures a été mis en place. Bien que limite dans la prise en compte des effets gradients (approches non locales), ce modèle se montre très performant surtout dans sa capacité à utiliser les données expérimentales dans l'identification des lois d'amorçage ou de propagation. Ce travail a donc permis d'importantes avancées dans la compréhension des mécanismes de fissuration et dans leur modélisation ouvrant ainsi la porte vers une prédiction fiable de l'endommagement des contacts aube/disque.