Academic literature on the topic 'Suivi de l’endommagement'

Ce projet de maîtrise met en avant une étude du suivi et de la prédiction de l’endommagement dans des structures composites à fibres de carbone tissées soumises à des efforts de fatigue tension-tension par le biais de deux méthodes de détection non-destructives que sont l’émission acoustique (AE) et la corrélation d’image (DIC). L’émission acoustique se présente comme une méthode unique permettant le suivi en continu des phénomènes microscopiques d’endommagement apparaissant dans le matériau, alors que la corrélation d’image permet un accès en temps réel au champ de déformation et par conséquent aux effets macroscopiques de cet endommagement sur les propriétés du matériau. Le croisement des résultats obtenus à partir de ces deux méthodes améliore la fiabilité et la validité des hypothèses réalisées. L’approche utilisée permet d’établir des courbes de durée de vie du matériau prenant en compte la propagation du défaut artificiel intégré et propose un modèle d’endommagement dans la lignée des modèles phénoménologiques existants. Dans un premier temps, le contexte de l’étude est introduit ainsi que les objectifs détaillés de ce projet. L’importance d’établir des modèles de prédiction de durée de vie en fatigue pour les structures composites est mise en avant. La deuxième partie de ce rapport a pour but de réaliser un état de l’art exhaustif sur les différents domaines touchés par ce projet de recherche. On y retrouve une analyse des mécanismes d’endommagement se développant dans les matériaux composites unidirectionnels et tissés ainsi qu’une présentation des différentes méthodes de modélisation de l’endommagement ayant été développées. Les approches par éléments finis permettant de modéliser l’initiation et la propagation de fissures macroscopiques dans les composites sont ensuite présentées, avant de finalement proposer une revue du domaine de monitorage de l’état de santé des structures, et plus particulièrement l’émission acoustique et la corrélation d’image. Ensuite, le récapitulatif des travaux de recherche réalisés est illustré sous forme d’article dans la troisième partie. Des essais statiques de traction ont d’abord permis d’établir les gammes de charge à utiliser pour les essais de fatigue. Ces mêmes essais de fatigue tension-tension ont été menés à différents chargements à l’aide d’un suivi en continu par émission acoustique et corrélation d’image afin de mettre en évidence l’accumulation des mécanismes d’endommagement. Des courbes de durée de vie représentant l’apparition de ces différents mécanismes d’endommagement ainsi que la rupture totale ont pu être proposées. L’observation du paramètre mécanique de rigidité a finalement permis d’établir une approche de modélisation de l’endommagement par le biais d’une variable d’endommagement dans le lignée des modèles phénoménologiques existants.

Ce travail de thèse vise à étudier l'emdommagement induit par la fatigue thermique d'un acier inoxydable austénitique AISI 316L(N), qui est un matériau candidat pour construire les structures internes des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Des réseaux de fissures, aussi appelés "faeïençage thermique", ont été observés en surface des certains composants. L'origine de ce type d'endommagement provient de sollicitations themiques hétérogènes et répétées des parois des composants dans une zone où se mélange du sodium chaud et froid.L'étude de la fatigue thermique à grand nombre de cycles pose des difficultés expérimentales, notamment le maintien tout au long des cycles d'un chargement thermique d'amplitude constante ou encore, la mesure continue de ce chargement thermique et de ses effets en termes de déformation mécanique et d'endommagement dans la zone la plus fortement sollicitée. Une campagne d'essais est réalisée avec un dispositif expérimental original, la machine FLASH. Une procédure spéciale de corrélation multivue hybride qui combine une caméra infrarouge et deux caméras visibles est développée pour réaliser des mesures de champs thermomécaniques et aussi assurer le suivi in-situ de l'endommagement causé par les chocs thermiques produits par un laser de puissance.Les mesures expérimentales sont comparées avec des résultats de simulation thermomécanique. Le bon accord entre ces deux approches permet d'estimer la variation de déformation mécanique équivalente dans la zone la plus forte sollicitée. Une courbe de fatigue reliant le chargement équivalent au nombre de cycles à l'amorçage d'une fissure de 200um est alors construite à partir des résultats d'essais. La comparaison sur cette courbe entre les résultats de fatigue thermique FLASH et des essais de fatigue isothermes uniaxiaux standardisés est jugée satisfaisante (légèrement conservative). De plus, les analyses expérimentles des réseaux de fissures fournissent des informations utiles pour comprendre le mécanisme de multi-fissuration. Les paramètres morphologiques des fissures sont comparés avec les prédictions d'un modèle probabiliste
This PhD work is devoted to the study of thermal fatigue damage of AISI 316L(N) austenitic stainless steel, a candidate material to make the primary cooling system of Sodium-cooled Fast Reators (SFRs). Initiation and propagation of crack networks can be induced by locally constrained thermal expansions or contractions of the component surface subjected to repeated thermal shocks of turbulent coolants.A campaign of high cycle thermal fatigue tests on AISI 316L(N) austenitic stainless steel has been carried out with the FLASH facility. Full field measurements have been performed to capture thermomechanical fields of monitored surfaces in thermal fatigue tests. An original procedure based on hybrid multiview correlation (HMC) uses images acquired by two visible light cameras and one infrared camera. With such a system, Lagrangian temperature fields can be measured and experimental strain or displacement fields can be used to calibrate Finite Element analyses to reproduce the thermomechanical cyclic response of the material in the region of interest. One additional benefit of the spatiotemporal synchronization of the HMC system is that the entire fatigued region has been monitored in-situ during the whole test, without interruptions, which enables crack initiation and propagation to be tracked thanks to the different modalities of the three cameras

Ce travail de thèse a pour objectif d’identifier et de quantifier l’impact de différents revêtements ainsi que d’environnements corrosifs sur le comportement en fatigue de pièces en alliage d’aluminium 7075-T6 via un monitoring de l’endommagement effectué par émission acoustique. Des essais mécaniques de traction monotone ainsi que de fatigue cyclique en traction/traction Rσ=0.1 dans le domaine de l’endurance limitée ont été réalisés sur des éprouvettes recouvertes de plusieurs types de revêtements et soumises à différents types de processus de corrosion. Les revêtements étudiés sont composés de combinaisons de trois couches de protection distinctes : Une couche de conversion d’oxide d’aluminium obtenue par procédé d’anodisation sulfurique et deux couches polymères de peintures époxy, un primer et un topcoat. Différents scénarios de pre-corrosion ont été mis en place afin d’étudier l’impact du vieillissement induit par un environnement agressif sur les différentes couches de revêtements ainsi que la corrosion du substrat sur les mécanismes d’endommagement de nos matériaux. L’effet combiné de la corrosion du substrat et vieillissement des revêtements est étudié via couplage galvano statique d’éprouvette immergée dans une solution corrosive de NaCl (pH 4, 30 g/L) avec un défaut local dans les revêtements. L’effet d’un défaut de corrosion seul est étudié via l’application locale d’une solution acide d’HCl (pH 0.1) au niveau d’un défaut dans le revêtement. Finalement l’effet du vieillissement seul est obtenu par immersion d’éprouvette sans défaut apparent des revêtements dans une solution de NaCl (30 g/L). Les mécanismes ainsi que la dynamique d’endommagements de nos matériaux sont étudiés via une étude globale de la réponse d’EA durant les essais mécaniques. L’analyse des résultats d’EA nous a permis l’identification de différentes signatures acoustiques relatifs à des mécanismes d’endommagement spécifiques. Ceux-ci ont été déterminés par analyse microstructurale basée sur des observations au microscope optique et au MEB. Pour tous les types de matériaux testés (différents revêtements et protocoles de pré-corrosion), des indicateurs d’endommagement basés sur les données d’EA sont étudiés avec pour objectif la détermination de temps caractéristiques de l’endommagement donnant une information sur la durée de vie restante avant rupture des éprouvettes (Remaining Useful Lifetime, RUL). Les temps caractéristiques définis sont liés à l’initiation de fissures dans le substrat d’aluminium ainsi qu’à la propagation de la fissure de fatigue principale. Les différentes sources d’EA ainsi que les temps caractéristiques de l’endommagement peuvent être utilisés comme une base donnée à implémenter dans modèle afin d’estimer le temps à rupture de nos matériaux sous chargement cyclique
The aim of this thesis work is to identify and quantify the impact of different coatings and corrosive environments on the fatigue behaviour of 7075-T6 aluminium alloy parts by monitoring damage using acoustic emission. Monotonic tensile and cyclic tensile/tensile fatigue tests Rσ=0.1 in the limited endurance range were carried out on specimens coated with several types of coating and subjected to different types of corrosion processes. The coatings studied are composed of combinations of three distinct protective layers: An aluminium oxide conversion layer obtained by a sulphuric anodisation process and two polymeric layers of epoxy paints, a primer and a topcoat. Various pre-corrosion scenarios were set up in order to study the impact of ageing induced by an aggressive environment on the different coating layers, as well as substrate corrosion on the damage mechanisms of our materials. The combined effect of corrosion of the substrate and ageing of the coatings is studied by means of galvano static coupling of a specimen immersed in a corrosive NaCl solution (pH 4, 30 g/L) with a local defect in the coatings. The effect of a corrosion defect alone was studied by the local application of an acidic HCl solution (pH 0.1) to a defect in the coating. Finally, the effect of ageing alone was obtained by immersing test specimens with no apparent coating defects in a NaCl solution (30 g/L). The damage mechanisms and dynamics of our materials are studied via an overall study of the AE response during mechanical testing. Analysis of the AE results enabled us to identify different acoustic signatures relating to specific damage mechanisms. These were determined by microstructural analysis based on optical microscope and SEM observations. For all the types of materials tested (different coatings and pre-corrosion protocols), damage indicators based on the AE data are studied with the aim of determining characteristic damage times that provide information on the remaining useful life before specimen failure (Remaining Useful Lifetime, RUL). The characteristic times defined are linked to the initiation of cracks in the aluminium substrate and to the propagation of the main fatigue crack. The various sources of AE and the characteristic damage times can be used as a basis for implementing the model in order to estimate the time to failure of our materials under cyclic loading

Dans le domaine de fatigue des très grandes durées de vie (plus grandes que 1e7 cycles), les fissures de fatigue ont tendance à amorcer en interne. Il est donc impossible de les détecter visuellement pendant une opération de maintenance. Par conséquence, une connaissance robuste du comportement de ces fissures de fatigue interne est nécessaire afin d'anticiper un amorçage pouvant amener à la rupture d'une pièce critique. Pour collecter ce type de données, des méthodes expérimentales in-situ de suivi de fissure sont développées. En particulier, la micro-tomographie par rayons X permet l'acquisition d'images directes de fissures de fatigue internes. Dans cette étude, un protocole alliant micro-tomographie in-situ et fatigue ultrasonique a été appliqué à des éprouvettes contenant des entailles internes fines afin d'étudier la propagation de fissures de fatigue internes. La forme en 3D de ces fissures a été acquise à différents instants de leur propagation durant leur très longue durée de vie. Certaines entailles internes sont reliées à la surface de l'éprouvette pour amener des molécules d'atmosphère ambiante jusqu'à la fissure interne. Cette approche a été mise en place afin d'étudier l'influence de l'environnement sur la fissuration en fatigue interne. Ainsi, cette approche in-situ a permis les premières observations directes de fissures de fatigue internes propageant avec et sans air dans un alliage de Ti-6Al-4V. Des mesures de champs de température ont aussi été effectuées afin d'évaluer l'effet d'environnement sur la plasticité en pointe de fissure. Enfin, ces données en fatigues obtenues à fréquence ultrasonique ont permis d'évaluer l'influence de la fréquence de sollicitation sur les vitesses de propagation de fissures
In the Very High Cycle Fatigue regime (fatigue lives longer than 1e7 cycles), fatigue cracks tend to initiate internally. This makes visual detection impossible during maintenance operations. Consequently, engineers need robust fatigue datasets to prevent such internal crack initiations that may lead to the fracture of a critical part. To obtain such data, in-situ experimental techniques are developed. In particular, micro-computed tomography allows to acquire direct images of internal fatigue cracks. In this study, a combination of in-situ micro-tomography and ultrasonic fatigue cycling has been applied to specimens that contain an internal sharp notch to study the propagation of internal fatigue cracks. More precisely, the crack shape of internal fatigue cracks has been monitored in 3D at different instants of their propagation up to the Very High Cycle Fatigue regime. Some internal notches have been linked to the specimen surface given access to the ambient atmosphere. This was done to study the influence of the environment on internal fatigue cracks. This experimental procedure allowed to acquire for the first time, in-situ observations of internal fatigue cracks propagating with and without air in a Ti64 alloy. Temperature measurements were also carried out to evaluate the effect of the environment on the plasticity at the crack tip. Finally, the fatigue data obtained at ultrasonic frequencies allowed to evaluate the influence of the cycling frequency on the crack growth rates