Teses / dissertações sobre o tema "High fatigue cycles"
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Kim, Tae Hyun. "Fatigue of surface engineered steel in rolling-sliding contact". Thesis, Imperial College London, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.325019.
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Simon, Julien. "Influence de micro-entailles sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles d'un alliage de TA6V : Comparaison avec le fretting-fatigue". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0034/document.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail a porté sur l’influence d’entailles micrométriques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles d’un alliage de titane et la comparaison avec un cas de fretting-fatigue. Des études préliminaire sont montré que des entailles micrométriques pouvaient reproduire les champs de contraintes d’essais de fretting-fatigue. Le projet COGNAC dirigé par Safran Aircraft Engines a été créé dans l’objectif d’évaluer la faisabilité d’un modèle unique capable de simuler la tenue en fatigue de pièces subissant des sollicitations de fretting ou de fatigue en présence d’entailles. Le cadre expérimental de cette thèse est limité à la partie du projet traitant des entailles. Afin d’avoir le même état de préparation de surface, les micro-entailles et les surfaces des éprouvettes de fretting fatigue sont usinées par meulage. Afin de reproduire les gradients de contraintes observés localement pour des chargements de fretting-fatigue, des entailles en V avec des rayons compris entre 50 μm à 500 μm ont été choisies.L’étude du taux de triaxialité et du cisaillement a permis de définir une géométrie d’éprouvette de comparaison avec le fretting fatigue qui comporte 2 entailles en V inclinées en face à face. Trois campagnes expérimentales de fatigue à grand nombre de cycles ont été menées. La première sur des éprouvettes lisses meulées afin d’obtenir une limite de fatigue de référence sans concentration de contraintes. La seconde sur des éprouvettes avec une entaille non inclinée ayant une profondeur de500 μm afin d’étudier les effets du rayon de fond d’entaille sur la limite de fatigue. La dernière est une campagne sur les éprouvettes avec 2 entailles inclinées qui permettent de reproduire les champs de contrainte des essais de fretting. Les premiers stades de fissuration ont été étudiés. Les facettes de pseudo clivage, la présence d’un premier stade de fissuration et les amorçages multiples en fond d’entaille ressemblent à ce qui peut être vu sur des essais de fretting. Par contre la présence de fissures non propageantes en fond d’entaille sous la limite de fatigue n’a pas pu être démontrée, alors que ces fissures non propageantes sont observables sur les essais de fretting-fatigue. Les sites d’amorçages et les mécanismes des premiers endommagements semblent être pilotés par les zones affectées par le meulage. Enfin trois critères de fatigue ont été utilisés afin de tenter de reproduire nos résultats expérimentaux. L’approche basée sur la théorie du gradient –avec un gradient local et un impact affine du gradient- et celle basée sur la théorie de la distance critique ont fourni des résultats corrects sur les éprouvettes entaillées mais ne peuvent faire le lien avec les éprouvettes sans concentrations de contraintes. Enfin, l’approche probabiliste utilisée a produit des résultats très proches des résultats expérimentaux à la fois sur des éprouvettes lisses et des micro-entailles. La comparaison des résultats expérimentaux montrent que le champ de contrainte de Crossland proche de la surface d’amorçage du fretting-fatigue est proportionnel à celui proche d’un fond d’entaille dans le cas d’une éprouvette avec 2 entailles en face à face. Le niveau de la sollicitation des 2 essais diffère localement d’environ20%. Dans la suite des travaux, il serait particulièrement intéressant de relancer une campagne de comparaison entre fretting et entailles en utilisant un critère probabiliste pour dimensionner les essais afin de proposer une méthodologie commune de prise en compte des concentrations de contraintes dans les cas de fretting-fatigue et de concentrateurs géométriques sollicités en fatigueThis study is about the influence of micro-notches on the high cycle fatigue behavior of a Ti64 alloy and the comparison with similar fretting fatigue tests. Preliminary studies showed that fretting-fatigue stress fields can be reproduced by micro-notched. The COGNAC project leaded by Safran Aircraft Engines was built to verify if a unique model can reproduce both fretting-fatigue and notched samples fatigue tests. The scope of this experimental study is limited to the notched samples. In this PHD thesis, the notches are grinded and the results are compared with fretting-fatigue tests on grinded surfaces. V-notched with notch root radius from 50 to 500 μm were chosen to reproduce the stress gradient of fretting-fatigue tests. A geometry with two inclined notches facing each other allows to reproduce shear stress and stress triaxiality from fretting-fatigue tests. Three different experimental studies were performed. First on un-notched specimens with a grinded surface state to produce a reference fatigue limit for grinded surface state without stress concentration. The second study the notch root radius effect on the fatigue limit with samples with one non-inclined notch of 500 μm of depth. The last one is a series of fatigue tests on samples with two inclined notches that reproduce the stress distribution of fretting-fatigue tests. Pseudo-cleavage facets, multi cracks initiations in the notch root and the presence of two propagation stages is similar to the fretting-fatigue tests mechanisms. However, non propagating cracks were not observe at the notch root while many of them were present during the fretting-fatigue test. The initiation sites and the early stages of propagation seem to be controlled by grinded affected areas. Finally, three fatigue criteria were used to try to reproduce the experimental results. The criteria based on the critical distance theory and gradient theory –with a local gradient and an affine effect of the gradient term- can reproduce the fatigue limits of notched samples but fail to predict both notched and un-notched specimen fatigue limits with a unique data set. The third one is a probabilistic criterion which success to predict the experimental fatigue limits not only of notched samples but also smooth ones. The comparisons between the experimental results of the fatigue on the specimens with two inclined notches and the fretting-fatigue shows a difference of 20%. The distribution of the Crossland stress is quite similar. In the future, it would be useful to make a new comparison between fretting-fatigue and fatigue on notches using the probabilistic criterion to design the tests. This new comparison could lead to the proposal of a unique methodology to take into account the fretting-fatigue and the fatigue on stress concentrators
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Torabiandehkordi, Noushin. "High and very high cycle fatigue behavior of DP600 dual-phase steel : correlation between temperature, strain rate, and deformation mechanisms". Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0020/document.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail vise à améliorer notre compréhension du comportement en fatigue à grand et très grand nombre de cycles d’un acier ferrito-martensitique dual phase, notamment les effets de la température et de la vitesse de déformation résultant de chargements cycliques à haute fréquence. L'effet de la fréquence sur la réponse en fatigue de l'acier DP600 a été étudié en effectuant des essais de fatigue sur une machine ultrasonique travaillant à 20 kHz et sur une machine conventionnelle travaillant à des fréquences inférieures à 100 Hz. Des études de fractographie et des observations microscopiques à la surface des échantillons ont été effectuées pour étudier les mécanismes de déformation et de rupture. De plus, la thermographie infrarouge in situ a été utilisée pour étudier la réponse thermique et les mécanismes dissipatifs du matériau lors des essais de fatigue. Les courbes S-N ont été déterminées à partir de chargements de fatigue ultrasoniques à 20 kHz et d’essais conventionnels à 30 Hz. La durée de vie pour une amplitude de contrainte donnée est plus élevée dans le cas de la fatigue ultrasonique bien que la limite de fatigue soit identique dans les deux cas. L’augmentation inévitable de la température en fatigue ultrasonique à fortes amplitudes de contraintes, ainsi que le comportement dépendant de la vitesse de déformation de la ferrite, en tant que structure CC, ont été trouvés comme les paramètres clés expliquant le comportement observé en fatigue, et la réponse thermique sous les fréquences faibles et ultrasoniques. Les écarts observés entre l’essai de fatigue conventionnel et celui ultrasonique ont été évalués à travers les mécanismes de mobilité des dislocations vis dans la phase ferritique de structure cubique centrée (CC). La durée de vie plus élevée et l’amorçage de la fissure principale sur une inclusion observés en fatigue ultrasonique ont été attribués au vieillissement dynamique résultant du fort auto-échauffement du matériau aux fortes amplitudes de contraintes. L'existence d'une transition du régime thermiquement activé au régime athermique avec l’augmentation de l'amplitude de contrainte a été mise en évidence. Au-dessous de la limite de fatigue, la déformation a lieu dans un régime thermiquement activé alors qu'elle est dans un régime athermique au-dessus de la limite de fatigue. En fatigue conventionnelle, la déformation est athermique pour toutes les amplitudes de contrainte. Une carte de transition a été produite en utilisant les résultats expérimentaux pour l'acier DP600 ainsi que les données disponibles dans la littérature pour d'autres aciers à base de ferrite, montrant ainsi la corrélation entre le mouvement des dislocations vis thermiquement activé et l'absence de rupture en fatigue à très grand nombre de cycleThis work is an attempt towards a better understanding of the high cycle and very high cycle fatigue behaviors of a ferritic-martensitic dual-phase steel, with a regard to temperature and strain rate effects, resulting from accelerated fatigue loading frequencies. The influence of frequency on fatigue response of DP600 steel was investigated by conducting ultrasonic and conventional low frequency fatigue tests. Fractography studies and microscopic observations on the surface of specimens were carried out to study the deformation and fracture mechanisms under low and ultrasonic frequencies. Moreover, in situ infrared thermography was carried out to investigate the thermal response and dissipative mechanisms of the material under fatigue tests. The S-N curves were determined from ultrasonic 20-kHz fatigue loadings and conventional tests at 30 Hz. Fatigue life for a given stress amplitude was found to be higher in the case of ultrasonic fatigue whereas the fatigue limit was the same for both cases. Moreover, crack initiation was always inclusion-induced under ultrasonic loading while under conventional tests it occurred at slip bands or defects on the surface. The inevitable temperature increase under ultrasonic fatigue at high stress amplitudes along with the rate dependent deformation behavior of ferrite, as a body centered cubic (BCC) structure, were found as the key parameters explaining the observed fatigue behavior and thermal response under low and ultrasonic frequencies. The discrepancies observed between conventional and ultrasonic fatigue tests were assessed through the mechanisms of screw dislocation mobility in the ferrite phase as a BCC structure. The higher fatigue life and inclusion-induced crack initiations in the case of ultrasonic loading were attributed to the dynamic strain aging, which resulted from the high temperature increases at high stress amplitudes. The existence of a transition in deformation regime from thermally-activated to athermal regime under ultrasonic fatigue loading by increasing the stress amplitude was confirmed. Below the fatigue limit, deformation occurred in thermally-activated regime while it was in athermal regime above the fatigue limit. Under conventional loading deformation occurred in athermal regime for all stress amplitudes. From the analysis of the experimental data gathered in this work, guidelines were given regarding the comparison and interpretation of S-N curves obtained from conventional and ultrasonic fatigue testing. A transition map was produced using the experimental results for DP600 steel as well as data available in the literature for other ferrite based steels, showing the correlation between thermally-activated screw dislocation movement and the absence of failure in very high cycle fatigue
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Tarar, Wasim Akram. "A New Finite Element Procedure for Fatigue Life Prediction and High Strain Rate Assessment of Cold Worked Advanced High Strength Steel". The Ohio State University, 2008. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1204575243.
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Zhao, Mengxiong. "Ultrasonic fatigue study of Inconel 718". Thesis, Paris 10, 2018. http://www.theses.fr/2018PA100063/document.
Texto completo da fonteResumo:
L’Inconel 718 est utilisé dans les disques de turbine des moteurs d’avion, de par sa haute résistance à la corrosion, à l’oxydation, au fluage et sa haute résistance mécanique à très haute température. Le nombre total de cycles de ces composants mécaniques s’élève à 109~1010 durant sa vie. Ils subissent des chargements de grande amplitude à faible fréquence, comme les forces centrifuges ou les contraintes thermiques mais aussi des chargements de faibles amplitudes à très haute fréquence, du aux vibrations des pales. Dans ce travail, on se propose d’étudier la fatigue à très grand nombre de cycles (VHCF) de l’Inconel 718 en utilisant des machines de fatigue ultrasonique, fonctionnant à 20KHz. Le système d’acquisition utilise des cartes NI et le logiciel LabView pour superviser la fréquence, la température, les déplacements durant toute la durée des tests. Des capteurs laser Keyence utilisant deux sondes pour les faces supérieure et inférieure de l’éprouvette permettent de capturer la fréquence et les modes de vibration. La différence entre les valeurs moyennes mesurées permet d’accéder à l’allongement de l’éprouvette, dû à l’auto-échauffement.3 types de matériaux avec différents traitements thermiques, AR, DA et DAHQ de l’ONERA et SAFRAN sont comparés. La différence au niveau de la taille de grain, de la phase, des précipités, … est analysée par micrographie métallographique en utilisant un microscope optique (MO) et un microscope électronique à balayage (MEB). Le comportement en traction quasi-statique et sous chargement cyclique contrainte-déformation est aussi proposé. La transition entre durcissement et adoucissement cyclique apparait à l’issue du traitement thermique. Finalement, les surfaces de ruptures sont observées en utilisant des caméras optiques et un MEB afin d’identifier les mécanismes de ruptures de l’Inconel 718 dans le domaine de la fatigue à très grand nombre de cyclesInconel 718 is widely used in turbine disk of aeronautic engines, due to its high resistance to corrosion, oxidation, thermal creep deformation and high mechanical strength at elevated temperature. The total cycle of these mechanical components is up to 109~1010 during its whole lifetime. It endures high-amplitude low-frequency loading including centrifugal force or thermal stress, and also low-amplitude high-frequency loading came from vibration of blade.In this work, the very high cycle fatigue (VHCF) behaviour of Inconel 718 with self-heating phenomenon without any cooling is studied using ultrasonic fatigue system at 20KHz. Acquisition system is improved using NI capture card with LabView for monitoring the frequency, temperature, displacement and so on during all the tests. Keyence laser sensor with two probes at the top and bottom surfaces of the specimens is used to reveal the frequency and vibration mode. The difference of mean values between these two probes is the elongation of the specimen caused by self-heating phenomenon.Three sets of materials with different heat treatment, As-Received (AR), Directly Aged (DA) and Directly Aged High Quality (DAHQ) from ONERA and SAFRAN are compared. The difference of grain size, phase, precipitate particle, etc. is investigated by metallographic micrograph using optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). Quasi-static uniaxial tensile property and cyclic stress-strain response is also proposed. The transition from cyclic hardening to cyclic softening appears after aged heat treatment. Finally, fracture surfaces are observed using optical camera and scanning electron microscope in order to identify the mechanism of fracture of Inconel 718 in the VHCF domain
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Marti, Nicolas. "Effets de la fréquence et de la température sur les mécanismes de microplasticité en fatigue à grand et très grand nombre de cycles". Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0041/document.
Texto completo da fonteResumo:
Il existe actuellement une demande croissante pour le développement de méthodes expérimentales rapides et fiables permettant d'estimer la résistance à la fatigue dans le domaine de la fatigue à grands nombres de cycles. En ce sens, la fatigue ultrasonique apparue dans les années cinquante est très intéressante pour les industriels. En effet, la fréquence typique de ces essais est de 20 kHz ce qui permet d'atteindre le domaine des très grandes durées de vie en des temps d'essais raisonnables (109 cycles sont atteints en 14 h). Cependant ces essais posent le problème de l'effet de la fréquence et plus généralement de la validité des résultats obtenus pour estimer la durée de vie de structures chargées à des fréquences très inférieures à 20 kHz. L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet de la fréquence du chargement sur les mécanismes précurseurs de l'initiation de fissures et plus précisément sur les mécanismes de microplasticité à l'échelle du grain. Ce travail de thèse s’intéresse au cas du cuivre pur polycristallin sollicité en traction-compression alternée et symétrique. Pour mettre en évidence un effet de la fréquence, les courbes de Wöhler ont été construites à différentes fréquences. L’étude s’est ensuite focalisée sur les mécanismes de microplasticité précurseurs de l’initiation de fissures et plusieurs critères ont été examinés : les morphologies des bandes de glissement et leurs positions en lien avec la microstructure, les seuils d’apparition des bandes de glissement, le développement de ces bandes avec le nombre de cycles, la répartition de la microplasticité dans les grains, les valeurs d’énergie dissipée au cours d’un cycle. Le glissement dévié et la production-diffusion de lacunes sont deux mécanismes qui interviennent dans la formation des bandes de glissement et des extrusions en surface. Leurs rôles respectifs sur les effets de fréquence observés sont discutésNowadays there is a growing demand for the development of fast and robust fatigue life prediction methods in the very high cycle fatigue domain. In this way, ultrasonic fatigue technique which appeared in 1950 is very interesting for manufacturers. Because the typical frequency of these tests is 20 kHz, this technique is efficient to perform tests up to a very high number of cycles in a reasonable time (109 cycles are reached in 14 h). However, the frequency domain of these fatigue tests facilities raises the issue of the effect of frequency and more generally the validity of the obtained results for estimating fatigue life of structures loaded at frequencies three or four order of magnitude below ultrasonic frequencies. The objective of this work is to evaluate the effect of the loading frequency on the precursors of fatigue damage, namely the microplasticity at the grain scale. This thesis work deals with the case of polycrystalline pure copper loaded in fully reversed tensioncompression. To show the effect of frequency, the Wöhler or S-N curves were constructed at different frequencies. Then, the study focused on the mechanisms of microplasticity preceding crack initiation and several criteria were investigated: the morphologies of the slip bands and their locations in the microstructure, the thresholds of appearance of the slip bands, the evolution of the slip bands amount with the number of cycles, the distribution of the microplasticity in the grains, the dissipated energy during a fatigue cycle. Cross slip and vacancies production and diffusion are two mechanisms which play a part in the formation of slip bands and extrusions in surface. Their respective roles on the effects of frequency observed are discussed
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Ma, Zepeng. "Fatigue models for life prediction of structures under multiaxial loading with variation in time and space". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX117/document.
Texto completo da fonteResumo:
L'objet de ce travail est de proposer une approche multi-échelle de la fatigue fondée sur l'énergie, et susceptible d'estimer les durées de vie associées à des chargements multidimensionnels variables. Le fondement de la démarche consiste à supposer que l'énergie dissipée à petite échelle régit le comportement à la fatigue. À chaque point matériel, est associée une distribution stochastique de points faibles qui sont susceptibles de plastifier et de contribuer à la dissipation d'énergie sans affecter des contraintes macroscopiques globales. Ceci revient à adopter le paradigme de Dang Van en fatigue polycyclique. La structure est supposée élastique (ou adaptée) à l'échelle macroscopique. De plus, on adopte à l'échelle mésoscopique un comportement élastoplastique avec une dépendance de la fonction de charge plastique non seulement de la partie déviatorique des contraintes, mais aussi de la partie hydrostatique. On considère également un écrouissage cinématique linéaire sous l'hypothèse d'une plasticité associée. Au lieu d'utiliser le nombre de cycles comme variable incrémentale, le concept d'évolution temporelle du chargement est adopté pour un suivi précis de l'historique du chargement réel. L'effet de la contrainte moyenne est pris en compte dans la fonction de charge mésoscopique ; une loi de cumul non linéaire de dommage est également considérée dans le modèle. La durée de vie à la fatigue est ensuite déterminée à l'aide d'une loi de phénoménologique fondée sur la dissipation d'énergie mésoscopique issue du cycle d'accommodation plastique. La première partie du travail a porté sur une proposition d'un modèle de fatigie à gradient de mise en oeuvre plus simple que les précédents modèlesThe aim of this work is to propose a multi-scale approach to energy-based fatigue, which can estimate lifetimes associated with variable multidimensional loading. The foundation of the approach is to assume that the energy dissipated on a small scale governs the fatigue behavior. Each material point is associated to a stochastic distribution of weak points that are likely to plasticize and contribute to the dissipation of energy without affecting global macroscopic stresses. This amounts to adopting Dang Van's paradigm of high cycle fatigue. The structure is supposed to be elastic (or adapted) on a macroscopic scale. In addition, we adopt on the mesoscopic scale an elastoplastic behavior with a dependence of the plastic load function not only of the deviatoric part of the stresses, but also of the hydrostatic part. Linear kinematic hardening is also considered under the assumption of an associated plasticity. Instead of using the number of cycles as an incremental variable, the concept of temporal evolution of the load is adopted for a precise follow-up of the history of the actual loading. The effect of mean stress is taken into account in the mesoscopic yield function; a law of nonlinear accumulation of damage is also considered in the model. Fatigue life is then determined using a phenomenological law based on mesoscopic energy dissipation from the plastic accommodative cycle. The first part of the work focused on a proposal for a fatigue model with a simpler implementation gradient than the previous models
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Guerchais, Raphaël. "Influence d'accidents géométriques et du mode de chargement sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles d'un acier inoxydable austénitique 316L". Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0020/document.
Texto completo da fonteResumo:
L'objectif de ces travaux de thèse est d'étudier l'influence de la microstructure et de défauts géométriques sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) d'un acier inoxydable austénitique 316L. La méthodologie proposée s'appuie sur des simulations par éléments finis (EF) d'agrégats polycristallins qui permettent de décrire les champs mécaniques à l'échelle des mécanismes impliqués dans les processus d'amorçage de fissures de fatigue.Une étude numérique préliminaire, s'appuyant sur des données expérimentales issues de la littérature, est conduite sur un cuivre électrolytique à l'aide de simulations numériques d'agrégats polycristallins en 2D. L'effet du trajet de chargement et de défauts artificiels de taille proche ou légèrement supérieure à celle de la microstructure sur les réponses mécaniques mésoscopiques sont analysés. Les capacités de prédiction de quelques critères de fatigue, s'appuyant sur des quantités mécaniques mésoscopiques, sont évaluées. Il est mis en évidence que les limites de fatigue macroscopiques prédites par un critère de fatigue probabiliste sont en accord avec les tendances expérimentales observées en fatigue multiaxiale et en présence de défauts.Une campagne expérimentale a été menée sur un acier austénitique 316L. Des essais de fatigue oligocyclique sont conduits afin de caractériser le comportement élasto-plastique du matériau. Des essais de FGNC, utilisant des éprouvettes avec et sans défaut de surface (défaut artificiel hémisphérique) ont été effectués pour estimer les limites de fatigue dans différentes conditions de sollicitation (traction, torsion, traction et torsion combinée, traction biaxiale) et pour plusieurs rayons de défaut. Dans le but de compléter la caractérisation du matériau, la microstructure est étudiée à l'aide d'analyses EBSD et la texture cristallographique est mesurée par diffraction des rayons X. Ces résultats expérimentaux sont utilisés pour reproduire, avec des simulations EF, les essais de FGNC sur des microstructures 2D et 3D représentatives de l'acier austénitique. L'hétérogénéité de quantités mécaniques mésoscopiques pertinentes en fatigue est discutée avec une attention particulière sur l'effet des défauts. L'approche probabiliste est appliquée aux résultats des modèles EF pour quantifier l'effet de la taille du défaut, pour différents trajets de chargement. La pertinence, vis-à-vis des observations expérimentales, des distributions de la limite de fatigue prédites est évaluéeThe aim of this study is to analyze the influence of both the microstructure and defects on the high cycle fatigue (HCF) behaviour of a 316L austenitic stainless steel thanks to finite element (FE) simulations of polycrystalline aggregates.%The scatter encountered in the HCF behavior of metallic materials is often explained by the anisotropic elasto-plastic behavior of individual grains leading to a highly heterogeneous distribution of plastic slip.Since fatigue crack initiation is a local phenomenon, intimately related to the plastic activity at the crystal scale, it seems relevant to rely on this kind of modeling to evaluate the mechanical quantities.A preliminary numerical study, based on experimental data drawn from the litterature, was conducted on an electrolytic copper using simulations of 2D polycrystalline aggregates. The effect of the loading path and small artificial defects on the mesoscopic mechanical responses have been analyzed separately. Moreover, the predictive capabilities of some fatigue criteria, relying on the mesoscopic mechanical responses, has been evaluated. It was shown that the macroscopic fatigue limits predicted by a probabilistic fatigue criterion are in accordance with the experimental trends observed in multiaxial fatigue or in the presence of small defects.An experimental campaign is undertaken on an austenitic steel 316L. Low cycle fatigue tests are conducted in order to characterize the elasto-plastic behavior of the material. Load-controled HCF tests, using both smooth specimens and specimens containing an artificial hemispherical surface defect, are carried out to estimate the fatigue limits under various loading conditions (tension, torsion, combined tension and torsion, biaxial tension) and several defect radii. To complete the characterization of the material, the microstructure is studied thanks to EBSD analyzes and the cristallographic texture is measured by X-ray diffraction. These experimental data are used to reproduce, with FE simulations, the HCF tests on 2D and 3D microstructures representative of the austenitic steel. The heterogeneity of the mesoscopic mechanical quantities relevant in fatigue are discussed in relation to the modeling. The results from the FE models are then used along with the probabilistic mesomechanics approach to quantify the defect size effect for several loading paths. The relevance, with respect to the experimental observations, of the predicted fatigue strength distributions is assessed
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Bracquart, Benoît. "Etude des interactions défaut géométrique / microstructure dans les mécanismes d’endommagement en fatigue à grand nombre de cycles d’alliages métalliques". Thesis, Angers, 2018. http://www.theses.fr/2018ANGE0009.
Texto completo da fonteResumo:
L'objectif de ces travaux est d'étudier l'influence de la microstructure et de défauts géométriques de surface sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) d'un aluminium polycristallin de pureté commerciale. Ils s'appuient sur une campagne expérimentale de fatigue et des simulations numériques par la Méthode des Éléments Finis (MEF), afin de mieux appréhender les paramètres microstructuraux gouvernant l'amorçage de fissure aux défauts. Pour cela, les deux dimensions caractéristiques (grains et défaut) sont faites varier. Des traitements thermomécaniques sont mis ainsi en place pour contrôler la taille de grains, avant une caractérisation du comportement monotone et cyclique. Par la suite, des essais de FGNC uni-axiaux en traction-compression alternée sur éprouvettes avec défauts sont effectués, soit avec suivi de fissure de surface in-situ, soit avec étude de l'amorçage de fissure en fond de défaut après cyclage. Les résultats sont par la suite analysés afin de déterminer l'influence des différentes dimensions caractéristiques, ainsi que de l'orientation cristalline, via une campagne EBSD. Des simulations cycliques utilisant la MEF sont ensuite réalisées pour déterminer finement les champs mécaniques locaux. Ainsi, des maillages d'agrégats polycristallins 3D représentatifs des configurations expérimentales sont mis en place. Une loi de comportement de plasticité cristalline à gradient est utilisée afin de traduire le glissement plastique à l'échelle des systèmes de glissement et des effets de taille de grains. La répartition d'un indicateur de fatigue dans les différentes configurations est étudiée, afin de compléter les résultats expérimentauxThe aim of this study is to analyze the influence of microstructure and geometrical surface defects on the high cycle fatigue (HCF) behavior of acommercial purity polycrystalline aluminium. This work relies on an experimental test programme and numerical Finite Element (FE) simulations, in order to better understand microstructural parameters governing crack initiation at defects. To this end, both caracteristic dimensions (grains and defect) are varied. Thermomechanical treatments are set up to control the grain size, and obtained microstructures are caracterized monotonically and cyclically. Then, uniaxial fully reversed tension-compression HCF tests are carried out on specimens with defects, either with an in-situ surface crack monitoring, or a study of the crack initiation at the defect root after cycling. Results are then analyzed in order to determine the influence of different characteristic lengths, as well as crystalline orientation, via EBSD maps. Numerical FE simulations are then carried out to detetermine precisely local mechanical fields. To this end, polycrystalline aggregates 3D meshes representative of experimental configurations are set up. A crystal plasticity constitutive model with gradient is used in order to reproduce the plastic slip at the glide system scale, and the grain size effect. The distribution of afatigue indicator parameter in the different configurations is studied, in order to complement experimental results
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Alarcon, Tarquino Eduardo Augusto. "Structural fatigue of superelastic NiTi wires". Thesis, Brest, 2018. http://www.theses.fr/2018BRES0019/document.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail de thèse aborde les conditions et les mécanismes qui conduisent des fils superélastiques de NiTi à la rupture sous chargement mécanique cyclique. Les alliages à mémoire de forme du type NiTi présentent des propriétés thermomécaniques fonctionnelles comme la superélasticité et l’effet de mémoire de forme simple et double, lesquels sont générées grâce aux transformations de phase martensitiques provoquées soit par un changement de la contrainte ou de la température. Ces transformations de phase sont en principe des processus totalement réversibles et sans endommagement. Cependant, lorsque le NiTi est soumis à des transformations de phase induites par des contraintes cycliques, la performance en fatigue de l’alliage chute considérablement par rapport au NiTi non-transformant. La plupart des courbes S-N de fatigue rapportant cette chute ont été mesurées sur des fils NiTi a section constante dans lesquels les transformations martensitiques se développent de façon hétérogene par nucléation et propagation de bandes de cisaillement. De plus, d'après notre expérience, des essais de fatigue sur des échantillons de fils à section constante entrainent la rupture à l'intérieur des mors de la machine d'essai. Par conséquent, les valeurs de contrainte-déformation rapportées dans les courbes S-N ne sont pas nécessairement représentatives des conditions mécaniques critiques qui conduisent le matériau à la rupture. Dans le but de mieux caractériser les performances en fatigue des fils NiTi, nous avons effectué une série de tests de fatigue en traction-traction, tout en utilisant des échantillons sous forme ≪ diabolo ≫. La géométrie de ces échantillons nous a permis de confiner tous les processus de transformation martensitique et de fatigue dans un volume utile bien défini. La caractérisation du comportement thermomécanique de ces échantillons a été réalisée en combinant plusieurs techniques expérimentales et d'analyse telles que la corrélation d'image numérique(DIC), la thermographie infrarouge, la diffraction des rayons X à source synchrotron, la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage et l'analyse par éléments finis. Une attention particulière à été portée à la performance de NiTi dans le régime à grand nombre de cycles (HCF) dans laquelle le matériau présente un comportement élastique ou une transformation de phase intermédiaire (appelée R-phase). Les résultats des tests de fatigue nous ont permis de distinguer les étapes de nucléation et de propagation des fissures pendant la durée de vie totale de nos échantillons. Afin de mieux comprendre les mécanismes qui conduisent à la nucléation des fissures, nous avons appliqué la méthode de l’auto-échauffement, qui a démontré son efficacité dans la prédiction de fatigue dans les cas des alliages d'aluminium et des alliages d'acier. Cette méthode corrèle l'élévation de température d'un échantillon soumis à différentes amplitudes de charge cyclique avec des mécanismes de dissipation d'énergie. Ces mécanismes dissipatifs sont après associés à l’accumulation d’endommagement locale dans le matériau. La méthode d'autoéchauffement a été réalisée en utilisant des mesures de champs thermiques des d'échantillons de NiTi sous forme diabolo pendant de chargement cycliqueThis Ph.D. dissertation thesis addresses the conditions and mechanisms that lead superelastic NiTi wires to fail under cyclic mechanical loads. NiTi shape memory alloys exhibit functional thermomechanical properties (superelasticity, shape memory effect, thermal actuation) due to martensitic phase transformations caused by a change of the applied stress and temperature. These phase transformations are though as fully reversible damage-free processes, however, when NiTi is subjected to repetitive stress-induced phase transformations its fatigue performance drops drastically in comparison to non-transforming NiTi. Most of fatigue S-N curves reporting this drop were measured on straight NiTi wires in which martensitic transformations proceed heterogeneously through nucleation and propagation of shear bands. Moreover, from our experience fatigue testing straight wire samples results in undesired failure inside the testing machine clamps. Hence, the reported stress-strain values in S-N curves are not necessarily representative of the critical mechanical conditions that lead the material to failure. With the aim of better characterize the fatigue performance of NiTi wires, we started by carrying out a series of pull-pull fatigue tests using hourglass-shaped samples. This sample geometry allowed us to confine all martensitic transformation and related material fatigue processes into a well-defined gauge volume. The samples’ characterization was performed by combining several experimental and analysis techniques such as Digital Image Correlation, Infrared Thermography, Synchrotron-source X-ray diffraction, Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Finite Element Analysis. A special attention was paid to the High Cycle Fatigue (HCF) performance of NiTi in which the material shows elastic behavior and/or an intermediate phase transformation (so-called R-phase). The results from HCF tests allowed us to distinguish crack nucleation and crack propagation stages during the total life of our NiTi samples. In order to get a better understanding of the mechanisms that lead to crack nucleation, we applied the nonconventional Self-Heating fatigue assessment method, which has shown efficiency in the case of aluminum and steel alloys. This method correlates the temperature elevation of a sample subjected to different cyclic load amplitudes with energy dissipating mechanisms that contribute to accumulating local damage in the material. The Self-Heating method was performed using full-field thermal measurements of cyclically loaded NiTi hourglass-shaped samples
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Landron, Thomas. "effets des gradients de porosité et de contrainte sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles de l’alliage d’aluminium AlSi9Cu3 coulé sous pression". Electronic Thesis or Diss., Paris, HESAM, 2023. http://www.theses.fr/2023HESAE091.
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Ces travaux de thèse traitent de l’effet des gradients de porosité et de contrainte sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) de l’alliage d’aluminium AlSi9Cu3 coulé sous pression utilisé par l’industrie automobile. Ce matériau contient une population de défauts distribués de manière hétérogène avec un gradient de porosité entre la surface et le cœur des pièces. Une large gamme de taille et de nature de défaut (Pore gazeux, retassure, voiles d’oxydes…) est observée avec notamment des défauts formant des réseaux complexes tridimensionnelles de porosités.Afin d’étudier les effets des gradients de porosité et de contrainte, une méthodologie d’essai ayant recours à des éprouvettes de différentes épaisseurs, toutes obtenues par usinage à partir d’un même échantillon brut, est développée. Quatre géométries issues d’une même éprouvette brute sont testées en FGNC sous différents modes de sollicitations : flexion et traction avec un rapport de charge R=-1. L’analyse des faciès de rupture combinée à celle des courbes de Wöhler montre que le comportement en fatigue est contrôlé par l’interaction entre les gradients de porosité et de contrainte. La position de l’amorçage, interne ou en surface, la nature du défaut critique, ainsi que les niveaux de résistance sont entièrement déterminées par ces deux gradients.L’effet des défauts sur le comportement en fatigue est d’abord analysé sous l’angle d’une approche du type diagramme de Kitagawa-Takahashi et seuil du facteur d’intensité de contrainte (Kth). Cette analyse montre que la résistance en fatigue du matériau est pilotée par la taille des défauts au sens de Murakami (√aire). La large gamme de taille et de nature de défauts permet de caractériser le comportement du matériau en fissure courte et fissure longue. Peu d’effet de la position de l’amorçage, interne ou surface, est noté. Grâce à la comparaison des comportements en fatigue de l’alliage étudié avec d’autres alliages d’aluminium de fonderie coulés gravité, il apparaît que le niveau de résistance en fatigue et le comportement de propagation fissure courte – fissure longue est en partie contrôlé par les caractéristiques microstructurales des alliages telles que la taille de grain et l’espacement des bras de dendrites secondaires (SDAS) et par le comportement mécanique monotone et cyclique.La complexité de la distribution des défauts (définie par les paramètres taille, position, géométrie, type …) rend très difficile la caractérisation et la modélisation de la cinétique de propagation des fissures et de leurs interactions avec les défauts. Des essais de suivi de fissure in situ sur défauts naturels sont conduits en flexion à R=-1 à l’aide d’un dispositif adapté de corrélation d’image. L’analyse de la cinétique de fissuration et des faciès de rupture relatifs aux fissures observées révèle une forte interaction entre les fissures de fatigue et les défauts présents. Ces interactions provoquent de fortes accélérations de la fissure qui réduisent drastiquement la durée de vie en fatigue. Une modélisation de la propagation en FGNC est proposée grâce à une approche en moyenne qui fait appel à la loi de Paris. Les coefficients associés sont ajustés à partir des essais de suivi de fissure. La comparaison des courbes de Wöhler simulées à iso-taille de défauts initiaux et les courbes de Wöhler expérimentales montre que l’approche en propagation ne suffit pas à rendre compte de toutes les étapes conduisant à la ruine en fatigue. Il est clairement mis en avant la nécessité de la prise en compte d’une phase d’amorçage et la très grande complexité des mécanismes d’endommagement en fatigue dans les défauts de type réseaux de porosité.Mots clefs : Fatigue à grand nombre de cycle (FGNC), hétérogénéité microstructurale, gradient de porosité, gradient de contrainte, alliage d’aluminium, coulée sous pression, réseaux de porosités, durée de vie, interaction fissure – défautThis research deals with the effect of porosity and stress gradients on the high-cycle fatigue behavior (HCF) of the high-pressure die-cast (HPDC) aluminum alloy AlSi9Cu3 used by the automotive industry. The components produced by HPDC are characterized by a high level of porosity compared to other casting processes. In addition, the porosity or defect distribution within a component is highly heterogeneous and the existence of a porosity gradient between the surface and the in-bulk material is notable. Defects of different nature and size are present, including defects formed by complex three-dimensional pore networks.To study the effects of the porosity and stress gradients on the HCF behavior, a test methodology based on reducing the thickness of as-cast specimens by machining was developed. Four geometries machined from the same as-cast specimens were tested in HCF under different loading modes: plane bending and tension-compression with a load ratio R=-1. The analysis of the fatigue failure surfaces, combined with fatigue results in the form of Wöhler curves shows that fatigue behavior is controlled by the interaction between the porosity gradient and the stress gradient. The position of the crack initiation site (surface or in-bulk), the nature of the critical defects, as well as the fatigue strength are entirely determined by these two gradients.The effect of defects on the fatigue behavior was analyzed using an approach based on the Kitagawa-Takahashi diagram and the stress intensity factor threshold (Kth). This analysis shows that the fatigue strength of the material is controlled by the size of the defects in terms of the Murakami parameter (√area). The wide range of defect size and the variety of defect types makes it possible to characterize the behavior of the material in both the short crack and long crack regimes. It is observed that the position of the crack initiation site (surface or in-bulk) has only a small effect on the fatigue behavior. Thanks to a comparison between the studied alloy and other gravity-cast aluminum alloys, it is shown that both the fatigue strength and the crack propagation behavior, is partly controlled by (a) the microstructural characteristics of alloys (grain size and secondary dendrite arm spacing (SDAS)) and by (b) the monotonic and cyclic mechanical behavior of the materials.The complexity of the defect distribution (type, size and spatial distribution) complicates the characterization and modeling of the kinetics of crack propagation and their interactions with defects. To investigate this, in-situ image correlation was used to monitor crack growth during fatigue tests, with the aim of observing the crack interaction with natural defects, in bending at R=-1. The analysis of the crack growth kinetics and the fatigue failure surfaces reveals a strong interaction between fatigue cracks and defects. These interactions cause rapid crack accelerations, which drastically reduce the fatigue life. A HCF crack propagation model is proposed using an averaging approach with the Paris law. The coefficients are adjusted using the crack monitoring tests. The comparison between the simulated Wöhler curves at initial iso-defect-size and the experimental Wöhler curves shows that the propagation approach is not sufficient to account for all the stages leading to fatigue failure. It is clearly highlighted that the initiation phase must be taken into account and that the fatigue damage mechanisms, associated with defects comprised of complex three-dimensional pore networks, are extremely complex.Keywords: High cycle fatigue (HCF), microstructural heterogeneity, porosity gradient, stress gradient, aluminum alloy, high-pressure die-casting, porosity networks, fatigue life, crack – defect interaction
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Florin, Pierrick. "Caractérisation rapide des propriétés à la fatigue à grand nombre de cycle des assemblages métalliques soudés de type automobile : vers une nouvelle approche basée sur des mesures thermométriques". Thesis, Brest, 2015. http://www.theses.fr/2015BRES0100/document.
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Malgré plusieurs décennies d'études expérimentales et numériques sur la tenue en fatigue d'assemblages soudés, cette problématique demeure une préoccupation principale de l'industrie automobile. En effet, de nombreux composants aux géométries complexes (e.g. berceaux) sont obtenus à partir de pièces soudées et constituent des éléments de sécurité pour lesquels aucune défaillance ne peut être acceptée. Malgré les progrès en modélisation numérique, des essais sont toujours nécessaires afin de fournir des données sur éprouvettes « simples » afin d'alimenter les modèles numériques, mais aussi de démontrer le bon dimensionnement des structures. Les procédures classiques d'essais de fatigue sont coûteuses en temps et nécessitent la destruction de plusieurs pièces. La méthode dite d'auto-échauffement permet de réduire significativement le temps d'essai et propose une approche non destructive. Cette méthode consiste à mesurer l'évolution de température en surface de la structure étudiée au cours du chargement cyclique. Cette approche permet de tirer avantage du signal thermique macroscopique afin de mettre en évidence la micro-plasticité responsable de la rupture par fatigue. Les objectifs du travail présenté sont de déterminer si un lien peut être réalisé entre les mesures de température et la tenue en fatigue d'assemblages soudés, puis d'étudier l'influence de paramètres sur la tenue en fatigue grâce à la méthode proposée. Un protocole expérimental est d'abord proposé afin de mesurer l'évolution de température des mini-structures soudées sous sollicitation cyclique. Une première analyse de la réponse thermique de simples tôles d'acier sous chargement cyclique de faible amplitude est proposée afin de valider un modèle déterministe de champ de source à la fois pour des sollicitations de traction et de flexion. Ces essais permettent par la suite de décrire correctement le comportement thermique de la matière de base des éprouvettes soudées hors du cordon de soudure. Le modèle est alors étendu à l'étude d'éprouvettes soudées, avec la prise en compte de la dissipation de la zone soudée. Une fois le champ de source identifié à partir du modèle, son évolution en fonction de l'amplitude du chargement appliqué mène à une courbe d'auto-échauffement. L'analyse de cette courbe permet une bonne estimation de la limite en fatigue de l'éprouvette soudée après seulement quelques heures d'essais. La méthode est alors appliquée à d'autres configurations de mini-structures soudées afin d'étudier l'influence du grenaillage et d'un gradient de contrainte en zone critique sur la tenue en fatigue. Finalement, la procédure d'essai est appliquée afin de déterminer la tenue en fatigue d'une pièce industrielle, un triangle de suspension mécano-soudé. À cause des mauvaises conditions aux limites thermiques sur une telle structure, une autre méthode est proposée afin de déduire une première estimation du champ de source sur toute la surface observée à partir des mesures thermiques. Cette estimation mène à l'identification de la zone critique en fatigue de la structure et à une première bonne estimation de sa limite en fatigueFatigue design of weld assemblies still remains of prior concern in the automotive industry, despite several decades of experimental, theoretical and numerical body of work. Actually, many complex components (e.g. front and rear axles) are embedded thanks to welding process. Such welded assemblies are expected to be designed as high-safety parts, for which any fatigue failure is supposed to be prevented. Despite numerical modelling is more and more effective, experimental tests are still necessary in order to provide basic design data and at last to prove the design reliability. Standard fatigue tests procedures are sensibly time consuming, are usually destructive and need for several specimens in order to manage reliable results. Conversely, the so-called self-heating tests offer the opportunity to dramatically shorten the test duration and save specimens because it is a non-destructive method. It consists in measuring the temperature evolution of the structure surface during cyclic loading. Such an approach allows to take advantage of the macroscopic thermal signature of microscopic plasticity processes responsible for fatigue damage. The purpose of the present work is the determination of a correlation between thermal measurement and fatigue properties of welded structures, and then studying the influence of parameters on fatigue properties with the developed method. An experimental protocol is first proposed to measure the temperature of the tested specimen under cyclic loading. A first analysis of the thermal response of standard steel sheet specimen under low load amplitude is proposed in order to validate a deterministic heat source model for both tensile and bending tests. These tests allow us to correctly describe the thermal behavior of the base material of welded specimen away from the joint. Then, the model is extended to welded specimen in order to take into account the dissipation of the welded area. Once the dissipative heat source is identified thanks to the model, its evolution with the applied loading leads to a self-heating curve allowing an estimation of the fatigue limit of the welded specimen after only few hours of test. The method is then applied to other configurations of welded specimens in order to study the effects of shot peening and stress gradient on fatigue properties. Finally, the testing procedure is applied for the determination of an industrial component fatigue properties, a welded car wishbone. Due to the bad heat boundary condition, another analysis is proposed to estimate the heat source along the entire component. This estimation leads to the determination of the weakest area of the structure concerned by fatigue and a first good estimation of its fatigue limit
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Dehmani, Helmi. "Étude de l’influence du procédé de poinçonnage sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles de tôles minces ferromagnétiques". Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0014/document.
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Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude de l’influence du procédé de poinçonnage sur la résistance en fatigue à grand nombre de cycles de tôles minces ferromagnétiques. Étant donné leurs propriétés magnétiques améliorées, ces tôles en alliage fer-silicium sont de plus en plus utilisées pour la fabrication des moteurs électriques qui tournent à des vitesses élevées. En effet, les pertes magnétiques dans ces tôles sont réduites par l’augmentation de la taille de grain, la diminution de l’épaisseur en dessous du demi‒millimètre et l’ajustement du pourcentage de silicium. L’objectif de cette étude est d’élaborer une démarche de dimensionnement en fatigue HCF des pièces en tôles minces poinçonnées. La première étape de cette démarche est la caractérisation expérimentale du matériau étudié. Des essais de traction monotone quasi-statique et d’écrouissage cyclique en utilisant différentes conditions ont permis de déterminer les grandeurs caractéristiques de cet alliage et d’identifier un modèle de comportement mécanique cyclique utilisable pour les simulations par la méthode des éléments finis (EF). L’étude de la résistance en fatigue de cette tôle est réalisée en utilisant des géométries d’éprouvettes lisses et entaillées. Différents effets tel que le rapport de charge, la température (180°C) et le procédé sont ainsi étudiés. Étant donné son influence sur la tenue en fatigue, l’effet du procédé de poinçonnage est finement investigué. Les bords des éprouvettes de fatigue sont analysés en utilisant des techniques variées (observations microscopiques, profilométrie optique, micro‒dureté, diffraction des rayons X…). Ceci a permis d’identifier les mécanismes d’endommagement par fatigue des pièces en M330‒35A poinçonnées. Ensuite, différentes configurations d’éprouvettes sont utilisées pour quantifier l’influence des différents effets induits par le procédé tel que l’écrouissage, les contraintes résiduelles et les défauts géométriques sur la résistance en fatigue de l’alliage étudié. Les résultats des investigations sur les bords ont montré que l’amorçage des fissures est localisé sur un défaut de poinçonnage. Une stratégie qui permet d’identifier les défauts critiques est alors adoptée. Des simulations (EF) réalisées sur les défauts de poinçonnage ont permis de déterminer les champs mécaniques autour de ces défauts. Enfin, une stratégie de dimensionnement en fatigue qui s’appuie sur l’utilisation d’un critère de fatigue non‒local en post‒traitement des résultats des simulations par EF sur les défauts de poinçonnage est proposéeNew electrical steel grades, with improved magnetic properties, are used to build electric motors. For these steel grades, the iron losses are reduced by adjusting the chemical composition (mostly the Si content), decreasing the thickness below 0.5 mm and increasing the grain size. The punching is used to produce electric motor components because it generates important alterations of sheet edges, this work aims at elaborating a HCf fatigue design strategy for thin punched electrical steel sheets. First, the quasi-static and cyclic behavior of this electric steel was studied through monotonic and cyclic tests. The behavior model of this material, which will be used in FE simulation, is then identified. The study of the high cycle fatigue (HCF) resistance of this material is performed using smooth and notched specimen’s geometries. The effect of stress ratio, temperature (180°C) and the punching process are considered. Due to its influence on the fatigue resistance, the effect of the punching process is finely investigated. Different experimental techniques such as microscopic observations, 3D surface topography, micro‒hardness and X‒ray diffraction are combined to characterize the specimen’s edges. To dissociate the respective influences of strain hardening, residual stresses and geometrical defects induced by the punching process, and to quantify the contribution of each parameter to the HCF resistance, different specimen’s configurations were tested. A strategy allowing the identification of the critical defects, on which fatigue crack initiation occurs, was adopted. The stress distribution around defects is determined from finite element analyses (FEA) on real defect geometries. A non‒local high cycle fatigue criterion is finally used as post‒processing of FEA to consider the effect of defects and the associated stress-strain gradients in the HCF strength assessment
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Gerin, Benjamin. "Modélisation des effets de défauts et d’intégrité de surface sur la tenue en fatigue dans les composants forgés". Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0040/document.
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Cette étude fait partie du projet ANR DEFISURF, avec pour objectif d'identifier et de modéliser les divers effets de la surface sur la tenue en fatigue de composants forgés. Deux composants sont étudiés: une éprouvette extrudée à froid et une bielle estampée à chaud et nettoyée de sa calamine par grenaillage (shot-blasting). Pour chaque composant, différents lots sont étudiés afin de quantifier l'effet des procédés sur les caractéristiques mécaniques et sur le comportement en fatigue. Deux taux de corroyage différents sont utilisés pour l'extrusion à froid. Pour les bielles, différents grenaillages sont réalisés pour obtenir divers états de surface.Les différents lots sont caractérisés de façon approfondie et des essais de fatigue sont effectués. Des essais de fatigue en traction, torsion et flexion plane sont réalisés sur les éprouvettes extrudées. Des éprouvettes de fatigue sont prélevées dans l'âme des bielles et sollicitées en flexion plane.En extrusion à froid, les aspects les plus influents en fatigue sont la prédéformation subie lors de la mise en forme (taux de corroyage) et les contraintes résiduelles. En forgeage à chaud, ce sont les défauts de forgeage en surface et les contraintes résiduelles introduites par le grenaillage qui ont le plus d'influence.Une modélisation en fatigue est proposée pour chaque composant. Pour l'extrusion, un critère de fatigue multiaxial permet de prendre en compte les différents types de chargement ainsi que l'effet des contraintes résiduelles. Pour les bielles deux approches sont utilisées. La première est une analyse de la géométrie des défauts qui utilise un demi-ellipsoïde pour approximer leur forme. La deuxième approche est une simulation numérique par éléments finis des défauts critiques. Les contraintes résiduelles sont intégrées dans les simulations avec un critère multiaxial. Les simulations permettent de retrouver les résultats expérimentaux avec une erreur d'environ 15%This study is part of the DEFISURF project, with the goal of analysing and modelling the various effects of the surface on the fatigue strength of forged components. Two components are studied: a cold-extruded specimen and a connecting rod which is hot-forged and then cleaned by shot-blasting. For each component, different batches are studied in order to quantify the effects of the process on the mechanical characteristics and the fatigue behaviour. Two different reduction of sections are used for the cold-extruded specimens and shot-peening is used to obtain various surface states for the connecting rods.The various batches are thoroughly characterised and fatigue tests are performed. Traction, torsion and plane-bending tests are conducted on the cold-extruded specimens. Fatigue specimens are machined from the central part of the connecting rods and loaded in plane-bending.For cold-extrusion, the parameters with the most influence in fatigue are the prestrain induced during forging and the residual stresses. In hot-forging, the surface defects produced during forging and the residual stresses induced by the shot-blasting have the most influence.For each component, a fatigue model is suggested. For the cold-extruded specimens, a multiaxial fatigue criterion is used to take into account the various fatigue loadings and the effect of the residual stresses. Two approaches are used for the connecting rods. The first is a geometrical analysis of the defect which approximates them with an ellipsoid. The second approach uses finite element simulations of the critical defects. The shot-peening residual stresses are integrated in the simulations with a multiaxial criterion. These simulations predict the fatigue limit of the specimens with an error of around 15%
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Guellec, Corentin. "Caractérisation en fatigue à grand nombre de cycles par mesures d’auto-échauffement des aciers d’arbres de transmission pour application navale sous chargements cycliques complexes". Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2023. http://www.theses.fr/2023ENTA0001.
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Les lignes d’arbres de transmission navale sont soumises à des chargements cycliques complexes. Afin de caractériser en fatigue ces lignes d’arbres, deux objectifs complémentaires sont achevés. Dans un premier temps, les chargements des lignes d’arbres sont caractérisés afin d’identifier des cycles de fatigue pertinents. Lors de cette étape, une méthode paramétrique originale de dimensionnement en fatigue est mise en place. Cette méthode repose sur une modélisation des chargements avec une prise en compte de leur variabilité, de la contrainte moyenne et de la non-proportionnalité. Cette méthode montre qu’il existe deux modes d’endommagement avec un mode associé au régime cyclique établi de la flexion rotative et un mode associé aux manoeuvres du navire. Dans un second temps, une méthode de caractérisation rapide est mise en place afin d’étudier le comportement des aciers des lignes d’arbres en fatigue pour un grand nombre de configurations de chargements. Un modèle permettant d’identifier le comportement en fatigue à grand nombre de cycles, à partir des mesures d’autoéchauffements, est employé. Les aciers de l’étude sont caractérisés en traction-torsion pour diverses configurations de contraintes moyennes et de non-proportionnalité du chargement. Dans ce cadre, la notion de surface d’iso-auto-échauffement est introduite. Elle permet, pour une éprouvette, de modéliser le comportement élastoplastique et dissipatif du matériau dans l’espace dédié des contraintes. Leur utilisation permet de définir un critère de fatigue multiéchelle basé sur les invariants du tenseur des contraintes. Dans l’étude, une modélisation du comportement du matériau est proposée pour les chargements de très faible amplitude (fatigue à très grand nombre de cycles VHCF) montrant une différence forte de dissipation par rapport au régime d’amplitudes plus importantes (i.e. le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles HCF)Marine shaft lines undergo complex cyclic loadings. In order to characterize these structures in fatigue, two complementary objectives are achieved. Firstly, the marine shaft’s loads are characterized in order to identify relevant fatigue cycles. During this step, an original parametric fatigue design method is implemented. This method is based on the definition of an equivalent load considering multiaxiality, variability, non-proportionality and mean stress. This method allows to distinguish two damage modes with a mode associated with the established cyclic regime of rotary bending and a mode associated with the ship’s maneuvers. Secondly, a rapid characterization method is implemented to characterize in fatigue the marine shafts’ steels for a large number of loading configurations. The method is based on a model which enables fatigue identification behaviors from self-heating measurements. The steels of the study are characterized in tension-torsion for various configurations of mean stress and nonproportionality of the loading. In this context, the notion of iso-self-heating surfaces is introduced. It allows, for a specimen, to model the elastoplastic and dissipative behavior of the material in the dedicated stress space. Their use makes it possible to define a multiscale fatigue criterion based on the invariants of the stress tensor. In the study, a modeling of the behavior of the material is proposed for very low amplitude loads (VHCF) exhibiting a strong difference in dissipation compared to the regime of higher amplitudes (i.e. HCF domain)
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Graux, Nicolas. "Caractérisation et modélisation des propriétés à la fatigue à grand nombre de cycles des aciers cémentés à partir d'essais d'auto-échauffement sous sollicitations cycliques". Thesis, Brest, 2017. http://www.theses.fr/2017BRES0104.
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Le dimensionnement en fatigue à grand nombre de cycles d'un contact roulant entre des éléments ayant subi un traitement thermochimique de cémentation s'avère rapidement complexe.D'une part le traitement de cémentation apporte une hétérogénéité de propriété dans les couches supérieures de la pièce qui dépend du protocole utilisé. D'autre part le chargement de contact roulant est un chargement complexe dont le mode de défaillance en fatigue s'initie en sous-couche.Afin de limiter le temps de la caractérisation des champs de propriétés en fatigue, l'utilisation des mesures d'auto-échauffement sous sollicitation cyclique ainsi que leur interprétation par un modèle probabiliste à deux échelles est proposé. Néanmoins de par l'hétérogénéité du matériau et de par la particularité du chargement il peut s'avérer délicat d'appliquer une telle méthode d'évaluation. ll est alors proposé d'explorer ces deux difficultés de manière séparé.Pour prendre en compte l'hétérogénéité matériaux, un protocole d'analyse de courbe d'auto-échauffement basé sur une variante d'un modèle probabiliste à deux échelles et sur les mesures de taux de carbone a été proposé. Les paramètres du modèle ont été identifiés sur une classe d'acier via des mesures d'auto-échauffement réalisées sur des éprouvettes représentatives de l'hétérogénéité du au traitement de cémentation. Enfin le modèle a été validé par comparaison avec des points de fatigue expérimentaux.En ce qui concerne le chargement de contact roulant, les difficultés pour réaliser une mesure d'auto-échauffement ont mené à effectuer une première campagne de mesure sur le cas intermédiaire du contact répété. A l'aide d'un modèle analytique simple, l'évolution du champ de température a pu être reliée à un terme source de chaleur moyen dont le lien avec les mécanismes de fatigue reste à démontrer. Finalement, des prototypes de machine de contact roulant dédiés aux mesures d'auto-échauffement ont été proposés. Les mesures réalisées sur ces dernières et leur interprétation laissent à penser qu'il sera possible d'identifier des propriétés de fatigue à partir de mesure d'auto-échauffementThe rolling contact fatigue prediction between two carburizing part quickly becomes complex.On one hand, the carburizing treatment give heterogeneous properties in surface layer depending on the treatment protocol. On the other hand, the rolling contact load is a complex load with a fatigue initiation in the sub-layer. To limit the duration of the field fatigue properties characterization, self-heating measurements under cycle load are used and their interpretation by a probabilistic two scales model is proposed. Nevertheless applying this fatigue evaluation method on heterogeneous material and for rolling contact load can be difficult. ln first approach those difficulties are split.To take into account the material heterogeneity, an analysis based on a variation of one probabilistic two scales model and on carbon rate measurement is proposed. Model parameters are identified on one steel class with self-heating measurement made on specimens representative of carburizing material heterogeneity. Finally the model is validated by comparison with experimental fatigue point.Making self-heating measurement for rolling contact load is complex. Consequently a first self-heating measurement campaign is made on the intermediary case of repeated contact. With a simple analytic model, the temperature field evolution can be linked to a mean heat source whose link with fatigue mechanism must be proven. Finally, rolling contact machine prototypes are proposed. Self-heating measurement made on those prototypes and their interpretation suggest that it will be possible to identify fatigue properties with self-heating measurement
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Godet, François. "Influence de la microstructure sur le comportement mécanique d’une couche nitrurée de l’acier de nuance 33CrMoV12-9 en vue de l’optimisation des propriétés en fatigue". Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0046/document.
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Le développement de systèmes mécaniques, toujours plus performants et légers, demande l’optimisation continue des matériaux utilisés ainsi que leurs traitements. Dans le domaine des transmissions de puissance, la nitruration gazeuse apporte une hausse significative des durées de vie en fatigue des pièces fortement sollicitées. Alors que le rôle des gradients de propriétés mécaniques générés sur la résistance en fatigue est reconnu, l’influence de cette microstructure nitrurée sur les mécanismes de plasticité ou de microplasticité menant à de l’endommagement puis à l’initiation d’une fissure reste relativement méconnue. Ce travail de thèse concerne exclusivement la nitruration de l’acier de nuance 33CrMoV12-9, particulièrement utilisée dans les roulements et engrenages des industries aéronautiques et navales. Les propriétés mécaniques liées aux phénomènes menant à l’initiation de fissures en fatigue à grand nombre de cycles ont, tout particulièrement, été étudiées. Les propriétés mécaniques, comme le module d’élasticité, la dureté, la limite d’élasticité ou encore les contraintes résiduelles sont déterminées à plusieurs échelles, de celles de la microstructure à celles plus macroscopiques. Des observations in-situ ou post-mortem des couches nitrurées sollicitées jusqu’à l’endommagement ayant pour but d’estimer l’influence de la microstructure sur les hétérogénéités de déformations, les phénomènes de microplasticité et les mécanismes d’endommagement correspondants n’ont pas permis d’identifier clairement des mécanismes d’initiations de fissures. Pour ces essais, une éprouvette nitrurée à cœur représentative de la couche nitrurée a été développée. Cet outil expérimental a permis d’effectuer des essais simples de sollicitations des microstructures et ainsi déterminer des caractéristiques élastiques, d’écrouissage et de tenue en fatigue. Enfin, il a été démontré que les propriétés mesurées comme le module d’élasticité dépendent de l’échelle d’observation, des moyens et des méthodes utilisésDesign of high-performance and lighter mechanical systems needs a perpetual work on materials used. In the power transmission field, gaseous nitriding thermochemical treatment enhances significantly the life-cycle of the parts which are higher stressed on the surface. While the contribution of the mechanical property gradients due to the treatment on the fatigue life is well-known, the microstructure effects on the (micro-)plasticity mechanisms remains undetermined. This work concerns exclusively the nitrided 33CrMoV12-9 graded steel, used for gears and bearings in the naval and aeronautical industry. It aims particularly at defining mechanical properties linked to crack initiation mechanisms during high-cycle fatigue. Properties such as Young modulus, hardness, yield stress and fatigue limits are looked at several scales, from microstructural ones to hardened case one. In-situ and post-mortem investigation on loaded and damaged nitrided layers leads to estimating the microstructural influence on local deformations, microplasticity and damage but no particular mechanisms were found. Special fully-nitrided parts were designed to perform the experiments. This tool helps to carry out simple loadings and measure the strain-hardening curve and fatigue limits. Finally, it as been attested that measured properties depend on scales, means and methodology
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Pu, Xiaoxue. "Thermomechanical study of the gigacycle fatigue behavior of pure iron and carbon-manganese steels : influence of chemical composition and microstructure on damage and crack initiation mechanism". Thesis, Paris 10, 2019. http://www.theses.fr/2019PA100051.
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Ce travail tente de mieux comprendre les dommages par fatigue dans les aciers à ferrite-perlite dans la fatigue à très grand nombre de cycles (VHCF). Les influences de deux paramètres, le pourcentage de phase perlite et le pourcentage d'atomes interstitiels libres dans une solution solide, sont étudiées pour comprendre les mécanismes de dissipation en fatigue à 20 kHz. Une thermographie infrarouge in situ est réalisée pour enregistrer les changements de température, tandis que des observations au microscope sont menées pour étudier le mécanisme de dissipation. Pour les matériaux de BCC, sous fortes amplitudes de contrainte, une augmentation soudaine de la température se produit sans initiation de fissure ni fracture. L’augmentation inévitable de la température jusqu’à des centaines de degrés aux fortes amplitudes de contrainte est principalement due à la mobilité des dislocations vis, qui est l’une des clés permettant d’expliquer le comportement en fatigue observée de la structure du BCC sous un chargement haute fréquence. Par conséquent, les PSB en surface et les micro-vides dans la matrice émergent en masse, accompagnant cette élévation abrupte de la température. Ces phénomènes sont considérés comme une transition du mécanisme de déformation du régime thermique au régime athermique. À faible amplitude, peu de PSB ou de rugosité de surface sont encore observés. Il a été constaté que les PSB sur le fer armco étaient susceptibles d’apparaître avant 1x107 cycles et que le seuil de PSB était inférieur à la limite de fatigue conventionnelle. La présence d'atomes interstitiels libres dans les aciers entraîne l'apparition d'une augmentation secondaire de la température dans la domain de la température stabilisée à 100-200 °C. Ce comportement semble être lié à l'interaction des dislocations coins avec des atomes interstitiels libres. De plus, on pense que le phénomène remarquable de durcissement-adoucissement-durcissement après l'élévation soudaine de la température jusqu'à plus de 300 °C est l'interaction de dislocations à vis multipliées et d'atomes interstitiels libresThis work attempts to a better understanding of the fatigue damage in ferrite-pearlite steels in the Very High Cycle Fatigue (VHCF) domain. The influences of two parameters, pearlite phase percentage and free interstitial atoms percentage in solid solution, are investigated to understand dissipative mechanisms under 20 kHz high frequency fatigue loading. In-situ infrared thermography is carried out to record the temperature changes, while fractography studies and microscope observations are conducted to investigate the dissipative mechanism on the surface of specimens.For body centered cubic (BCC) materials, under high stress amplitudes, a sudden increase of the temperature occurs without a crack initiation and fracture. The inevitable temperature increase up to hundreds of degrees at high stress amplitudes, is caused mainly by the screw dislocations mobility, which is the key to explaining the observed fatigue behavior and thermal response of BCC structure under high frequency loading. Therefore, PSBs on surface and micro-voids in matrix emerge massively, accompanying with this abrupt temperature increase. These phenomena are considered as transition of deformation mechanism from thermal regime to athermal regime. At low amplitudes, few PSBs or surface roughness are still observed on the specimen surface. Through the cycles of PSB appearance on armco-iron, it’s found that PSBs are inclined to appear before 1x10(7)cycles, and PSB threshold lies below the conventional fatigue limit. The increase of pearlite phase content weakens the temperature elevation, and strengthens the fatigue properties. The presence of free interstitial atoms in steels results in appearence of a secondary temperature increase in the stabilized temperature part (100-200 degree). This behavior seems to be related to the interaction of edge dislocations with free interstitial atoms. Moreover, the remarkable hardening-softening-hardening phenomenon after the sudden temperature elevation to above 300 degree is thought as the interaction of multiplicated screw dislocations and free interstitial atoms
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Vincent, Matthieu. "Interaction entre défaut de surface et taille de grain en fatigue à grand nombre de cycles : approche expérimentale et numérique sur un fer pur Armco". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0018/document.
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L’objectif de ces travaux de thèse est d’étudier l’influence du rapport entre taille de défaut et longueur caractéristique de la microstructure, sur la limite de fatigue pour une durée de vie fixée d’un matériaux métallique,dans le cadre de la fatigue à grand nombre de cycle (FGNC). Le fer pur Armco est choisi comme matériau d’étude, car sa microstructure simple présente une seule longueur caractéristique à l’échelle mésoscopique (échelle des grains) : la taille de grain. Le but de l’étude revient ainsi à étudier la compétition entre un effet de structure (défaut surfacique)et un effet matériau (taille de grain) dans le cadre de sollicitations mécaniques en FGNC.Afin d’obtenir une taille de défaut comparable mais aussi inférieure à la taille de grain du matériau, un protocole thermomécanique a été élaboré pour augmenter la taille de grain. Des essais de FGNC, utilisant des éprouvettes issues des deux tailles de microstructures (matériau initial et celui écroui traité) dans lesquelles sont introduits des défauts hémisphériques de tailles différentes, ont été effectués pour estimer les limites de fatigue pour différents rapports taille de défaut / taille de grain. Lorsque les diagrammes de Kitagawa sont présentés en valeurs relatives(limite de fatigue / celle du matériau sans défaut en fonction de la taille de défaut / taille de grain), il existe une seule courbe qui combine les deux microstructures. Ce diagramme de Kitagawa sans dimension permet ainsi d’analyser la réduction de la limite de fatigue causée par un défaut. L’utilisation de la taille relative du défaut par rapport à la dimension microstructurale caractéristique apparaît comme plus pertinente que l’emploi de la taille physique réelle du défaut.Ces résultats expérimentaux sont utilisés pour reproduire les essais en FGNC avec des simulations Éléments Finis sur des microstructures 3D représentatives du fer Armco. La compétition existant entre la concentration de contrainte induite par le défaut géométrique et les régions fortement sollicitées de la microstructure engendrées parl’anisotropie du comportement mécanique des grains est étudiée. Un critère mésoscopique (à partir des grandeurs mécaniques moyennées par grain) basé sur une approche statistique permet de retrouver l’allure du diagramme de Kitagawa adimensionné, c’est-à-dire la taille relative du défaut critique à partir de laquelle ce dernier prend le passur l’hétérogénéité de la réponse de la microstructure et conditionne ainsi la tenue en fatigue du polycristal. La modification du critère mésoscopique par la prise en compte des hétérogénéités intragranulaires (via l’écart-type par grain des grandeurs mécaniques) est discutéeThe objective of this thesis is to study the influence of the ratio between the defect size and themicrostructure characteristic length on the fatigue limit (for a fixed fatigue life) of a metallic material, under highcycle fatigue (HCF). Pure Armco iron is chosen because its simple microstructure has a single characteristic lengthat the mesoscopic scale (grain scale) : the grain size. The aim of the study is thus to study the competition betweena structural effect (surface defect) and a material effect (grain size) in the context of mechanical stresses in HCF.In order to obtain a comparable different grain size, a thermomechanical protocol has been developed. HCF tests,using specimens from both microstructure sizes (initial material and processed hardened material) in which hemisphericaldefects of different sizes were introduced, were performed to estimate the fatigue limits for different defectsize / grain size ratios. When Kitagawa diagrams are presented in relative values (fatigue limit / fatigue limit ofdefect free material versus defect size / grain size), there is a single curve that combines the two microstructures.This dimensionless Kitagawa diagram thus makes it possible to analyze the reduction of the fatigue limit inducedby a defect. The use of the relative size of the defect with respect to the characteristic microstructural dimensionappears to be more relevant than the use of the physical size of the defect.These experimental results are used to reproduce the HCF tests with Finite Element simulations on 3D microstructuresrepresentative of Armco iron. The competition existing between the stress concentration induced by thegeometrical defect and the highly stressed regions of the microstructure generated by the anisotropy of the mechanicalbehavior of the grains is studied. A mesoscopic criterion (involving mechanical quantities averaged by grain)based on a statistical approach allows to find the evolution of the dimensionless Kitagawa diagram, ie the relativesize of the critical defect from which it predominates over the response heterogeneity of the microstructure and thusgoverns the fatigue behavior of the polycrystal. The modification of the mesoscopic criterion by taking into accountintragranular heterogeneities (with the standard deviation per grain of mechanical quantities) is discussed
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Refai, Khalil. "Effet de la méso-architecture sur le comportement en fatigue des structures lattices optimisées obtenues par fabrication additive". Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE028.
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Une approche numérique est proposée pour évaluer la résistance en fatigue à grand nombre de cycles des structures cellulaires périodiques produites par SLM sous des chargements multiaxiaux. Le modèle est basé sur un schéma général d'homogénéisation numérique et une description explicite de la cellule élémentaire combinée à une analyse des valeurs extrêmes utilisant un paramètre indicateur de fatigue basé sur le critère de Crossland. De plus, l'écart géométrique et la rugosité de surface sont caractérisés expérimentalement et prisent en compte dans le modèle numérique en utilisant trois méthodes qui sont comparées à la résistance en fatigue expérimentale. L'optimisation topologique (OT) repousse encore plus loin les limites de la liberté de conception. Dans notre étude, l'OT a été développée pour prévenir les défaillances dues à la fatigue en utilisant la méthode SIMP reformulée dans le cadre mathématique des fonctions NURBS (Non-Uniform Rational BSpline)A numerical approach is proposed to assess the high cycle fatigue strength of periodic cellular structures produced by SLM under multiaxial loads. The model is based on a general numerical homogenisation scheme and an explicit description of the Elementary Cell combined to an extreme values analysis making use of a fatigue indicator parameter based on Crossland’s criterion. Also, geometric discrepancy and surface roughness are experimentally characterised and considered in the numerical model using three methods which are compared to the experimental fatigue strength. Topology optimisation (TO) pushes the boundaries of design freedom even further. In our study, Topology Optimisation was developed to prevent fatigue failure using SIMP method revisited and reformulated within the mathematical framework of Non-Uniform Rational BSpline functions
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Knipling, Keith Edward. "High-cycle fatigue / low-cycle fatigue interactions in Ti-6Al-4V". Thesis, Virginia Tech, 2002. http://hdl.handle.net/10919/41290.
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The largest single cause of failure in fan and compressor components in the cold frontal sections of commercial and military gas turbine engines has been attributed to high cycle fatigue (HCF). Additionally, both high-cycle fatigue (HCF) and lowcycle fatigue (LCF) loadings are widely recognized as unavoidable during operation of these components and because the classic Linear Damage Rule (LDR) neglects to account for the synergistic interaction between these damage contributors, dangerous over predictions of lifetime can result.
Combined low-cycle fatigue / high-cycle fatigue (HCF/LCF) loadings were investigated in smooth Ti-6Al-4V. The specimens were subjected to a variable amplitude block loading history comprised of completely-reversed (R = -1) tensioncompression overloads followed by constant-amplitude zero-tension (R = 0) minor cycles. Axial specimens were excised from forgings representative of turbine engine fan blade forgings, and consisted of approximately 60% primary α in a matrix of lamellar α + β.
Data are reported for smooth specimens of Ti-6Al-4V subjected to both constant amplitude and variable amplitude loadings. The axial specimens were prepared according to two distinct specimen conditions: low stress ground and longitudinallypolished (LSG+LP) and stress-relieved and chemically milled (SR+CM) conditions. Significantly longer lives were observed for the LSG+LP specimen condition under both constant and variable amplitude loading, due to the presence of a beneficial compressive surface residual stress. The presence of this residual stress was confirmed by x-ray diffraction, and its magnitude was of the order of 180 MPa (~20% of the yield stress). In either specimen condition, no appreciable effect of periodic overloads on the life of subsequent minor cycles was observed.Master of Science
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Kazymyrovych, Vitaliy. "Very high cycle fatigue of high performance steels". Licentiate thesis, Karlstad University, Faculty of Technology and Science, 2008. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-3066.
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Many engineering components reach a finite fatigue life well above 109 load cycles. Some examples of such components are found in airplanes, automobiles or high speed trains. For some materials the fatigue failures have lately been found to occur well after 107 load cycles, namely in the Very High Cycle Fatigue (VHCF) range. This finding contradicted the established concept of fatigue limit for these materials, which postulates that having sustained 107 load cycles the material is capable of enduring an infinite number of cycles provided that the service conditions are unchanged. With the development of modern ultrasonic fatigue testing equipment it became possible to experimentally establish VHCF behaviour of various materials. For most of them the existence of the fatigue limit at 107 load cycles has been proved wrong and their fatigue strength continues to decrease with increasing number of load cycles.
One important group of materials used for the production of high performance components subjected to the VHCF is tool steels. This study explores the VHCF phenomenon using experimental data of ultrasonic fatigue testing of some tool steel grades. The causes and mechanisms of VHCF failures are investigated by means of high resolution scanning electron microscopy, and in relation to the existing theories of fatigue crack initiation and growth. The main type of VHCF origins in steels are slag inclusions.
However, other microstructural defects may also initiate fatigue failure. A particular attention is paid to the fatigue crack initiation, as it has been shown that in the VHCF range crack formation consumes the majority of the total fatigue life. Understanding the driving forces for the fatigue crack initiation is a key to improve properties of components used for very long service lives. Finite element modelling of VHCF testing was added as an additional perspective to the study by enabling calculation of local stresses at the fatigue initiating defects.
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Louge, Julien. "Apports des mesures d’auto-échauffement pour l’étude de la fatigue des aciers : effets d’histoire et cisaillement pur". Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0001.
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Dans l’industrie automobile, les aciers laminés sont largement utilisés pour réaliser les pièces constitutives d’un véhicule. Les propriétés en fatigue à grand nombre de cycles de ces produits plats sont généralement déterminées sur le matériau dans son état tel que sortie d’usine (i.e., vierge de toute sollicitation) sous chargements cycliques uniaxiaux à amplitude constante. Cependant, la fabrication de pièce structurelle fait généralement intervenir des étapes de mise en forme qui ont pour conséquence de modifier l’état du matériau et donc d’impacter les propriétés en fatigue. D’autre part, les chargements en service réellement subi par une telle pièce sont souvent multiaxiaux et d’amplitude variable dans le temps. Cette étude a pour but de prendre compte les notions de multiaxialité et d’effets d’histoire de chargement lors de la caractérisation en fatigue par le biais de mesures d’auto-échauffement sous chargements cycliques. La caractérisation en fatigue multiaxiale fait généralement intervenir un critère de fatigue nécessitant la connaissance de la limite d’endurance du matériau sous sollicitation de cisaillement. Comme cette grandeur est difficile à obtenir pour le cas des produits plats, un nouvel essai de cisaillement et deux géométries d’éprouvette en forme de disque sont proposés, permettant d’utiliser des mesures d’auto-échauffement. Ainsi, la limite d’endurance sous sollicitation de cisaillement a pu être déterminée. Dans le but d’étudier l’impact des effets d’histoire sur les propriétés en fatigue, différents essais d’auto-échauffement ont été réalisés en considérant différents niveaux de pré-déformation plastique initial, différents pré-chargements cycliques et différents rapports de charge. Les résultats obtenus ont permis de proposer un modèle probabiliste à deux échelles permettant d’une part de décrire l’évolution des courbes d’auto-échauffement quel que soit l’effet d’histoire étudié et, d’autre part, de donner une bonne estimation de l’influence de ces effets sur les courbes S-N-PIn the automotive industry, rolled steels are widely used to produce constituent parts of a car. The high cycles fatigue properties of these flat steel are usually determined in a virgin state of the material (i.e., without preliminary loading) under uniaxial cyclic loading with a constant stress amplitude. However, production of structural parts mostly involves some forming processes that have for consequence to modify the material state and thus to impact the fatigue properties. Furthermore, operational loads condition actually incurred by such a part is often multiaxial and with variable amplitude. The aim of this study is to take into account multiaxial and load history aspects in the fatigue characterization by means of self-heating measurements under cyclic loading. Multiaxial fatigue characterization usually involves a fatigue criterion that required the endurance limit of the material under a shear loading. But this limit is difficult to obtain for flat steel. That why a new shear test and two new disk-shaped specimens were proposed, permitting the use of self-heating measurements. Thus, the endurance limit of the material under a shear loading was determined. In order to study the impact of load history effects on fatigue properties, various self-heating tests were performed considering several initial pre-straining levels, several cyclic pre-loading and several load ratios. From these results, a new probabilistic two-scale model was proposed capable of describes selfheating curves with any load history considered and provides a reliable estimation of these load history effects on S-N-P curves
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Kazymyrovych, Vitaliy. "Very high cycle fatigue of tool steels". Doctoral thesis, Karlstads universitet, Avdelningen för maskin- och materialteknik, 2010. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-5877.
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An increasing number of engineering components are expected to have fatigue life in the range of 107 - 1010 load cycles. Some examples of such components are found in airplanes, automobiles and high speed trains. For many materials fatigue failures have lately been reported to occur well after 107 load cycles, namely in the Very High Cycle Fatigue (VHCF) range. This finding contradicts the established concept of a fatigue limit, which postulates that having sustained around 107 load cycles the material is capable of enduring an infinite number of cycles provided that the service conditions are unchanged. With the development of modern ultrasonic fatigue testing equipment it became possible to experimentally establish VHCF behaviour of various materials. For many of them the existence of the fatigue limit at 107 load cycles has been proved wrong and their fatigue strength continues to decrease with increasing number of load cycles. High performance steels is an important group of materials used for the components subjected to VHCF. This study explores the VHCF phenomenon using experimental data generated by ultrasonic fatigue testing of selected tool steels. The overall aim is to gain knowledge of VHCF behaviour of some common tool steel grades, while establishing a fundamental understanding of mechanisms for crack development in the very long life regime. The study demonstrates that VHCF cracks in tested steels initiate from microstructural defects like slag inclusions, large carbides or voids. It is established that VHCF life is almost exclusively spent during crack formation at below threshold stress intensity values which results in a unique for VHCF morphology on the fracture surface. Significant attention is devoted in the thesis to the ultrasonic fatigue testing technique, i.e. the validity and applicability of its results. FEM is employed to give an additional perspective to the study. It was used to calculate local stresses at fatigue initiating defects; examine the effect of material damping on ultrasonic stresses; and to evaluate various specimen geometries with respect to resulting stress gradient and maximum stressed material volume.
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Dureau, Clément. "Fatigue d'aciers inoxydables austénitiques traités par grenaillage ultrasonore sévère : contributions expérimentales et numériques à l'étude de l'amorçage et la propagation des fissures". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0143.
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Dans le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles, les fissures s'initient le plus souvent à la surface des pièces. Par conséquent, en plus des propriétés mécaniques globales, les caractéristiques de la surface et de la sous-couche, telles que la rugosité et les contraintes résiduelles affectent la durée de vie en fatigue. La rugosité a essentiellement une influence sur la phase d'amorçage des fissures. En effet, la présence d'irrégularités de surface entraine des concentrations de contraintes qui peuvent produire de fortes déformations locales et éventuellement entrainer la formation de défauts de type fissures. Par ailleurs, la présence de contraintes résiduelles affecte à la fois la phase d'amorçage et de propagation des fissures. Elles affectent la plasticité proche de la surface et influencent donc l'amorçage des fissures. De plus, en se superposant au chargement mécanique macroscopique, elles modifient localement le niveau de sollicitation et peuvent donc affecter la propagation des fissures.Le grenaillage ultrasonore (SMAT) est un traitement mécanique de surface qui consiste à bombarder un échantillon avec des billes mises en mouvement par un dispositif atteignant des fréquences de vibration de 20 kHz. Les impacts répétés entrainent une déformation plastique de la surface menant au développement de contraintes résiduelles de compression ainsi qu'un gradient de microstructure caractérisé par des zones très déformées en sous couche et des tailles de grains submicroniques en surface. Un tel traitement a été réalisé sur des aciers inoxydables austénitiques afin d'étudier l'amorçage et la propagation de fissures de fatigue dans le champ complexe de microstructure et de contraintes résiduelles induit par le SMAT.Des essais en fatigue uniaxiale à grand nombre de cycles ont été conduits à deux rapports de charge différents (en traction-compression à RTC=-1 et en traction-traction à RTT=0,1). Ils ont permis de mettre en évidence un effet variable du SMAT en fonction de la condition de chargement cyclique. En effet, pour RTC une amélioration de la limite de fatigue a été mesurée alors que pour RTT c'est un abattement de la limite de fatigue qui a été constaté. Dans le but d'expliquer cette différence, une étude approfondie des éprouvettes rompues et non-rompues de l'état initial et SMAT, a été menée. Il s'est avéré que dans les conditions de chargement étudiées, les redistributions des contraintes résiduelles peuvent être considérées comme le facteur principal permettant d'expliquer les performances variables en fatigue ainsi que les amorçages observé aux différents sites d'initiation. En considérant les contraintes résiduelles de surface stabilisées après chargement en fatigue, l'utilisation d'un critère de Crossland a permis d'expliquer à la fois l'effet du rapport de charge et du SMAT sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles des aciers inoxydables.Une modélisation des gradients de propriétés mécaniques et de contraintes résiduelles caractéristiques du SMAT par la méthode des éléments finis a été proposée (via ABAQUS) dans le but de comprendre et de prédire les relaxations de contraintes résiduelles. Les résultats des simulations ont été confrontés aux données obtenues expérimentalement et un très bon accord a été obtenu. La capacité du modèle à rendre compte du comportement en fatigue à faible et à grand nombre de cycles a été évaluée, et une cohérence très correcte a été obtenue entre les résultats numériques et expérimentaux.Des éprouvettes pourvues d'un défaut artificiel surfacique ont ensuite été préparées afin d'évaluer la sensibilité à la présence d'accidents géométriques, mais aussi pour suivre la propagation des fissures de fatigue par la méthode des répliques. Il a été démontré que les éprouvettes SMAT ne présentent pas une sensibilité exacerbée à la présence de défauts par rapport à l'état initial pour RTT, alors qu'à RTC une sensibilité légèrement accrue a été mesurée. [...]In the high cycle fatigue, cracks initiate most of the time at the surface of workpieces. Therefore, in addition to the overall mechanical properties, surface and sub-surface characteristics such as roughness and residual stresses affect the fatigue life. Roughness essentially influences the cracks initiation phase. Indeed, the presence of surface irregularities induces stress concentrations producing high local strains potentially leading to the formation of crack-like defects. Besides, the presence of residual stresses affects both the crack initiation and propagation phase. They affect the plasticity close to the surface and influence the crack initiation. Moreover, superposed with the macroscopic loading, they locally modify the stress field and therefore may affect the crack propagation behavior as well.The ultrasonic shot peening (SMAT) is a surface mechanical treatment which consists in impacting a sample with shots put in motion by a vibrating device operating at frequencies up to 20 kHz. The repeated impacts lead to a surface plastic strain allowing the formation of compressive residual stresses as well as a microstructure gradient characterized by highly deformed zones in the sub-surface and submicronic grain size just below the surface. Such treatment was carried out to austenitic stainless steels in order to study the fatigue crack initiation and propagation in the complex microstructure and residual stress field induced by the SMAT.Uniaxial high cycle fatigue tests have been conducted for two different load ratios (under tension-compression at RTC=-1 and under tension-tension at RTT=0.1). They allowed to highlight the variable effectiveness of the SMAT with regard of the cyclic loading conditions. Indeed, at RTC, an increase of the fatigue limit was measured whereas for RTT a reduction of the fatigue limit was observed. In order to explain this difference, an in-depth study of the initial state and SMAT treated broken and run-out samples was carried out. It turns out that under the studied loading conditions the modifications of residual stress state can be considered as the primary factor governing the varying fatigue performances and the observed triggering at different initiation sites. Considering the stabilized surface residual stress after fatigue loading, the use of a Crossland criterion allowed to explain both the effects of load ratio and SMAT on the high cycle fatigue behavior of the stainless steel.A modelling method of the mechanical properties and residual stresses gradients was then developed using the finite elements method (via ABAQUS) in order to understand and predict the residual stresses redistributions. The results of the simulations were compared to the experimental measurements, and a good agreement was observed. The capacity of the model to simulate both the strain- and stress-controlled fatigue behavior was evaluated and a good consistency between the numerical and experimental results were obtained.Specimens with an artificial surface defect were then prepared in order to evaluate the surface anomalies sensitivity, and also to study the fatigue crack propagation behavior using the surface replication method. It was shown that the SMAT samples do not exhibit an increased sensitivity to the presence of defects compared to the initial state when loaded at RTT, whereas for RTC a slightly increased sensitivity was identified. Studying the crack propagation at the surface of the specimens highlighted different behaviors for different load ratios. Also, despite the presence of a defect, the crack initiation phase remained important. Finally, crack fronts were marked by different methods which permitted plotting the fatigue crack growth curves. It was then shown that at RTC, fatigue crack growth behavior in the SMAT layer is drastically different from the initial material, whereas at RTT no difference was revealed
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Utada, Satoshi. "Effect of a Prior Plastic Deformation during Heat Treatments on the Mechanical Properties of Ni-Based Superalloys for Turbine Blade Application Evolution of superalloy for turbine airfoil and development of recycling technology Platinum containing new generation nickel-based superalloy for single crystalline application Tensile, low cycle fatigue and very high cycle fatigue characterizations of advanced single crystal nickel-based superalloys Creep Property and Phase Stability of Sulfur-Doped Ni-Base Single-Crystal Superalloys and Effectiveness of CaO Desulfurization Evaluation and comparison of damage accumulation mechanisms during non-isothermal creep of cast Ni-based superalloys". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0019.
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Les superalliages monocristallins base Ni sont utilisés pour la conception des aubes de turbines en raison de leur excellente durabilité à haute température. Lors de la production d'une aube de turbine, une déformation plastique (DP)inattendue peut être introduite dans le matériau. Dans cette étude, les matériaux monocristallins ont été pré-déformés entre les traitements thermiques de mise en solution et de revenu pour simuler la DP pouvant être rencontrée lors des étapes de production. Des tests mécaniques sur les matériaux pré-déformés ont été effectués pour comprendre l'effet de cette DP.Au cours des traitements thermiques de revenu du superalliage monocristallin AM1 pré-déformé, un grossissement des précipités γ′ plus rapide et une nucléation accélérée de pores ont été observés à proximité des bandes de glissement introduites lors de la DP à température ambiante. Au cours de la déformation par fluage de l’AM1 pré-déformé dans des conditions de haute température/basse contrainte (≥ 950 °C), les bandes à microstructure grossière sont des sites préférentiels d’accumulation du dommage de fluage induit par diffusion, induisant de la recristallisation et une réduction drastique des propriétés de fluage. Dans des conditions de basse température/haute contrainte (≤ 850 °C), le cisaillement de la microstructure est facilité dans les bandes à microstructure grossière et il réduit également les propriétés de fluage.La recristallisation n'est pas été observée dans des ces conditions de fluage à basse température car les mécanismes diffusifs sont ralentis. Ces résultats ont été confirmés via des essais de fluage sur des matériaux pré-déformés suivant différent chemin de pré-déformation (température, position de la DP dans le cycle thermique…). Le superalliage monocristallin CMSX-4 Plus a été testé de manière similaire à l'AM1 pour comprendre l'effet de la composition chimique. L'effet de la DP sur la microstructure de l'alliage est plus limité pour cet alliage par rapport à celui sur l’AM1. Par conséquent, la pré-déformation n'a pas montré de chute de la durée de vie pour le CMSX-4 Plus à des températures inférieures à 1050 °C. Par contre, pendant le fluage de CMSX-4 Plus à 1150 °C, la pré-déformation a montré un impact spectaculaire sur la durée de vie et la ductilité via les mêmes mécanismes que ceux observés pourl’AM1 à 1050 °C.Afin de régénérer les propriétés des superalliages monocristallins pré-déformés, un traitement thermique de restauration a été ajouté après la DP. Le traitement de restauration a permis de restaurer la microstructure après la DP à température ambiante avec succès, et les propriétés de fluage des matériaux restaurés sont équivalentes à celles de l'AM1 et duCMSX-4 Plus vierges de pré-déformationNi-based single crystal (SX) superalloys are used for turbine blade applications because of their high-temperature durability. During the production of a turbine blade, unexpected plastic deformation (PD) can be introduced to the material. In this study, SX materials were pre-deformed in between solution and aging heat treatments to mimic PD during production. Mechanical tests on the pre-deformed materials have been performed to understand the effect of the prior PD.During aging treatments of pre-deformed AM1 SX superalloy, faster coarsening of γ′ precipitates and enhanced void nucleation were observed in the vicinity of slip bands which were introduced by PD at room-temperature. During creep deformation of pre-deformed AM1 at high temperature/low stress conditions (≥ 950 °C), the microstructure coarsened bands act as diffusion induced creep damage accumulating paths, further triggering recrystallization and resulting in drastic reduction of creep properties. At low temperature/high stress conditions (≤ 850 °C), microstructure shearing was facilitated in the microstructure coarsened band and it decreased creep properties. Recrystallization was not observed at lower temperature creep because the diffusion damage was suppressed. These relationships have been explained by creep tests on pre-deformed materials prepared by different pre-deformation temperatures and heat treatment procedures.CMSX-4 Plus SX superalloy was tested similarly to AM1 to understand the effect of the chemical composition. Effect of pre-deformation on alloy’s microstructure was mild in CMSX-4 Plus compared to that in AM1. Therefore, the predeformation did no exhibit large creep life debit in CMSX-4 Plus at temperatures lower than 1050 °C. However, during creep of CMSX-4 Plus at 1150 °C, pre-deformation presented huge impact on creep life and ductility by the same mechanisms as the ones observed for AM1 at 1050 °C.In order to restore properties of pre-deformed SX superalloys, rejuvenation heat treatment was added after PD.Rejuvenation treatment successfully restored microstructure after PD at room-temperature, and creep properties of rejuvenated specimens were shown to be equivalent to that of original AM1 and CMSX-4 Plus without PD
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Berchem, Klaus Herbert Hans. "High cycle fatigue and corrosion fatigue performance of two car body steels". Thesis, Imperial College London, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.414711.
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Barry, Nathan. "Lead-free solders for high-reliability applications : high-cycle fatigue studies". Thesis, University of Birmingham, 2008. http://etheses.bham.ac.uk//id/eprint/198/.
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The use of lead (Pb) in solders for electronic connections is now extensively restricted in Europe, with its use likely to be phased out completely in the medium term. Although Pb-free solders have been the subject of much research, little investigation has been carried out into their reliability for applications exposed to vibration in service. Aerospace applications, which have service lives measured in decades, are of particular pertinence. The present work shows the development and validation of a method for testing small, model solder joints in high-cycle fatigue. The tests are conducted using common equipment yet provide fast results and objective comparisons between solders without the influence of PCBs or components, which typically obscure the solders’ intrinsic contribution. S-N diagrams are presented which compare the performance of traditional Sn-Pb solder to that of Pb-free alloys at room and high temperatures and with copper and nickel substrates. It is found that in all situations the Pb-free alloys offer lower lifetimes to failure than the traditional Sn-Pb, an unexpected result when considering the inferior mechanical properties of the latter. The large disparity at room temperatures and with copper substrates is significantly reduced by elevated temperatures and by soldering to nickel substrates. In order to investigate these results, a number of techniques are employed. In addition to extensive fractography, the damping capacity of the solders is investigated and a scanning acoustic microscope is used in conjunction with resonant decay tracking of specimens to study the crack propagation paths prior to complete failure. The analysis of results focuses on the possible causes for this performance difference, drawing on existing soldering literature and wider engineering principles. It is concluded that the overall pattern of results presents contradictory evidence for the contribution of various factors, such as yield strength or interfacial adhesion, which are hard to reconcile. It is thought likely that more numerous fatigue initiation sites in the Pb-free alloys are responsible to some degree for their lower cycles to failure, although more research into the effect of substrate and interfacial intermetallics is necessary to determine the mechanism by which these influence the results, in the absence of relevant fractographic evidence.
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Liang, Xiaoyu. "Comportement en fatigue à grand nombre de cycle d’un acier inoxydable 316L obtenu par fabrication additive : effets de la microstructure, de la rugosité et des défauts". Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE017.
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Cette étude vise à étudier l'influence de la microstructure, de la rugosité et des défauts de surface sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) d'un acier inoxydable 316L obtenu par fabrication additive (FA). Composée d’un volet expérimental et d’un volet numérique, elle est motivée par le fait que les matériaux issus du procédé de FA présentent souvent un état de surface et une microstructure très distincts des couples procédés de fabrication / matériaux conventionnels. Afin de clairement identifier le rôle joué par chacun des facteurs influents sur la réponse en fatigue, différentes techniques de caractérisation (Profilométrie, EBSD, Tomographie RX, dureté …) sont employées et permettent de mettre en évidence un niveau de rugosité important après fabrication ainsi que des textures morphologiques et cristallographiques marquées. Pour ce qui est du comportement sous chargement mécanique, des essais cycliques à déformation totale imposée mettent en évidence un écrouissage cyclique avec durcissement puis adoucissement. Une importante campagne d’essais en fatigue est conduite sous différents modes de chargement (traction, flexion, torsion) et pour différentes configurations d’état de surface (brut de fabrication, poli). L’analyse des faciès de rupture fait apparaître le rôle prépondérant joué par les défauts de type « lack of fusion » sur les mécanismes d’amorçage en surface des fissures de fatigue. Un diagramme de type Kitagawa-Takahashi est construit à partir de l’observation de la taille des défauts à l’amorçage et le rôle des amas de défaut est clairement démontré. L’étude numérique comporte deux parties distinctes avec, d’abord, un travail préliminaire relatif à la construction d’une méthode non locale adaptée à la prise en compte des effets de microstructure en fatigue dans le cas d’un acier 316L corroyé. A partir des données collectées lors de la campagne expérimentale portant sur l’acier SLM 316L, un modèle d'éléments finis tenant compte de la rugosité, des défauts et de la microstructure est construit. Les calculs sont conduits en utilisant un comportement de type élasticité cubique associé ou pas à de la plasticité cristalline. À l'aide d’une approche faisant appel à la statistique des extrêmes, les résultats des simulations EF sont analysés de manière à quantifier les effets respectifs de la rugosité de surface, de la taille et morphologie des grains, de la texture cristallographique et des défautsThis study aims to investigate the influence of both the microstructure and surface defects on the high cycle fatigue (HCF) behavior of a 316L stainless steel obtained by additive manufacturing (AM). Surface defects and microstructure are dominant factors of fatigue behavior, while the AM materials often exhibit distinguished surface state and microstructure compared to conventional materials. The current study begins with an investigation of the material properties that are related to fatigue behavior. Microstructure observations of the powder and fabricated specimens are undertaken. Profilometry and tomography analyses make the inherent defects visible. The hardness, elastic behavior and elastic-plastic behavior are studied via mechanical tests. Then, load-controlled fatigue tests concerning different surface-treated specimens under different loading types are conducted. To reveal the mechanism of fatigue failure in the studied specimens, a comprehensive fractography analysis is carried out. Experimental research reveals the weakening of fatigue strength due to lack-of-fusion defects. Yet, the effect of the microstructural attributes is difficult to evaluate without numerical tools. A preliminary numerical study about the application of the non-local method in an explicit microstructure sensitive model is undertaken to complement the microstructure-sensitive modeling framework. Based on the data collected in the experimental campaign, a finite element model that can take into consideration of the defects and the microstructure of the SLM SS 316L is built up. Finite element analyses are performed with both cubic elasticity and polycrystal plasticity constitutive laws. With the help of the statistical method, the results from the FE model are used to quantitatively assess the influence of surface roughness and microstructural attributes on the fatigue performance of SLM SS 316L
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Hall, Rodney H. F. "Crack growth under combined high and low cycle fatigue". Thesis, University of Portsmouth, 1991. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.290404.
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Suresh, Shyam. "Topology Optimization for Additive Manufacturing Involving High-Cycle Fatigue". Licentiate thesis, Linköpings universitet, Mekanik och hållfasthetslära, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-165503.
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Additive Manufacturing (AM) is gaining popularity in aerospace and automotive industries. This is a versatile manufacturing process, where highly complex structures are fabricated and together with topology optimization, a powerful design tool, it shares the property of providing a very large freedom in geometrical form. The main focus of this work is to introduce new developments of Topology Optimization (TO) for metal AM. The thesis consists of two parts. The first part introduces background and theory, where TO and adjoint sensitivity analysis are described. Furthermore, methodology used to identify surface layer and high-cycle fatigue are introduced. In the second part, three papers are appended, where the first paper presents the treatment of surface layer effects, while the second and third papers provide high-cycle fatigue constraint formulations. In Paper I, a TO method is introduced to account for surface layer effects, where different material properties are assigned to bulk and surface regions. In metal AM, the fabricated components in as-built surface conditions significantly affect mechanical properties, particularly fatigue properties. Furthermore, the components are generally in-homogeneous and have different microstructures in bulk regions compared to surface regions. We implement two density filters to account for surface effects, where the width of the surface layer is controlled by the second filter radius. 2-D and 3-D numerical examples are treated, where the structural stiffness is maximized for a limited mass. For Papers II and III, a high-cycle fatigue constraint is implemented in TO. A continuous-time approach is used to predict fatigue-damage. The model uses a moving endurance surface and the development of damage occurs only if the stress state lies outside the endurance surface. The model is applicable not only for isotropic materials (Paper II) but also for transversely isotropic material properties (Paper III). It is capable of handling arbitrary load histories, including non-proportional loads. The anisotropic model is applicable for additive manufacturing processes, where transverse isotropic properties are manifested not only in constitutive elastic response but also in fatigue properties. Two optimization problems are solved: In the first problem the structural mass is minimized subject to a fatigue constraint while the second problem deals with stiffness maximization subjected to a fatigue constraint and mass constraint. Several numerical examples are tested with arbitrary load histories.
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Lester, Charles Gilbert IV. "Analysis of fatigue behavior, fatigue damage and fatigue fracture surfaces of two high strength steels". Thesis, Georgia Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1853/42795.
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Building fuel efficient automobiles is increasingly important due to the rising cost of energy. One way to improve fuel efficiency is to reduce the overall automobile weight. Weight reductions using steel components are desirable because of easy integration into existing manufacturing systems. Designing components with Advanced High Strength Steels (AHSS) has allowed for material reductions, while maintaining strength requirements. Two Advanced High Strength steel microstructures investigated in this research utilize different strengthening mechanisms to obtain a desired tensile strength grade of 590MPa. One steel, HR590, utilizes precipitation strengthening to refine the grain size and harden the steel. The other steel, HR590DP, utilizes a dual phase microstructure consisting of hardened martensite constituents in a ferrite matrix. The steels are processed to have the same tensile strength grade, but exhibit different fatigue behavior. The central objective of this research is to characterize and compare the fatigue behavior of these two steels. The results show the dual phase steel work hardens at a low fatigue life. The precipitation strengthened microstructure shows hardening at low strain amplitudes, softening at intermediate strain amplitudes and little to no effect at high strain amplitudes. These different fatigue responses are characterized and quantified in this research. Additionally, observations showing the fracture surfaces and the bulk microstructure are analyzed.
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Morrissey, Ryan J. "Frequency and mean stress effects in high cycle fatigue of Ti-6A1-4V". Thesis, Georgia Institute of Technology, 1997. http://hdl.handle.net/1853/17095.
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Pirouznia, Pouyan. "High cycle fatigue properties of stainless martensitic chromium steel springs". Thesis, KTH, Materialteknologi, 2012. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-103201.
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For many materials and components like in high speed trains and airplanes fatigue failures occur in the range of over 107 load cycles which is called the high cycle fatigue range. A modern version of the springs was invented which are applied in a certain application. Ultrasonic fatigue testing (20 kHz machine) was conducted for evaluating the steel of the springs. This research explores the fundamental understanding of high cycle fatigue testing of strip steel and assesses a stainless martensitic chromium steel at the high cycle fatigue range. Finite element modeling was conducted to gain knowledge about the effect of various parameters. Significant attention was devoted to the fatigue failure initiations by SEM/EDS. The work demonstrated that the method of investigation for high cycle fatigue test is reliable. Fatigue failure at this range was initiated by internal defects which all included non-metallic inclusion. A critical distance was defined Within the strip fatigue specimen where all the fatigue failure initiated. The 3D stress field in the specimen was determined by FEM modeling and the local applied stress at the whole of the flat part of specimen and critical distance was estimated. FEM was also employed to give additional information about the effect of parameters. It was established that damping had the largest influence. The local applied stress of the fatigue test was calculated by means of FEM and SEM analysis. It was used to adjust the S-N curve which resulted in 15% lower values than the nominal applied stress.
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Bantounas, Ioannis. "Microtexture and high cycle fatigue cracking in Ti-6A1-4V". Thesis, Imperial College London, 2008. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.501436.
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TEIXEIRA, MARIA CLARA CARVALHO. "ULTRA HIGH CYCLE FATIGUE BEHAVIOR OF THE DIN 34CRNIMO6 STEEL". PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO, 2018. http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=35973@1.
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIROCOORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR
CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO
PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTS. DE ENSINO
Estudos recentes têm mostrado que para muitos materiais de Engenharia não existe um limite de fadiga. Numa análise convencional, se admite uma vida infinita em fadiga de alto ciclo quando o material atinge 10(6) - 10(7) ciclos sem a incidência de falhas. Entretanto, em função do desenvolvimento tecnológico atual, a vida-fadiga de inúmeros componentes mecânicos e estruturais pode ultrapassar a fronteira da fadiga de alto ciclo, fazendo com que a avaliação do comportamento em fadiga de altíssimo ciclo (10(7) – 10(12)), tenha se tornado extremamente importante para projetos, por ter estabelecido que uma tensão limite de fadiga não existe em muitos casos. Pesquisas recentes demonstram que a maioria dos materiais, incluindo ligas ferrosas, apresentam falhas em até 10(10) ciclos, com um decréscimo contínuo do limite de fadiga após 10(6) ciclos, o que torna a resistência à fadiga associada com um número de ciclos mais importante do que o próprio limite de fadiga. No regime de altíssimo ciclo de fadiga as trincas se iniciam a partir de defeitos internos do material, como inclusões, gerando mecanismos de iniciação de trincas caraterísticos das superfícies de fratura, tais como olho de peixe (fish-eye), ODA (Optically Dark Area) e FGA (Fine Granular Area). Neste estudo foram usinados corpos de prova do aço DIN 34CrNiMo6, que foram ensaiados entre 10(6) e 10(9) ciclos, sob fadiga ultrassônica do tipo tração-compressão, com frequência de 20 kHz e razão de carregamento -1. Os resultados mostraram que o material tem uma tendência maior a vida-fadiga sob valores baixos de tensão e na superfície de fratura de alguns corpos de prova formação de fish-eye.
Recent studies have shown that for many engineering materials there is no fatigue limit. In a conventional analysis, infinite life in high cycle fatigue is allowed when the material reaches 10(6) - 10(7) cycles without the occurrence of failures. However, due to the current technological development, the fatigue life of several mechanical and structural components can exceed the boundary of high cycle fatigue, making the evaluation of ultra high cyle fatigue behavior (10(7)-10(12)), or fatigue of very high cycle, has become extremely important for projects, because it has established that a stress of fatigue limit does not exist in many cases. Current research has shown that most materials, including ferrous alloys, exhibit failures in up to 10(9) cycles, with a continuous decrease in the fatigue limit after 10(6) cycles, which makes strength fatigue associated with a number of cycles most important than own fatigue limit. In the very high fatigue cycles regime, cracks start from internal defects of the material, such as inclusions, generating a feature mechanisms of crack initiation on the fracture surfaces, such as fish-eye, ODA (Optically Dark Area) and Fine Granular Area (FGA). This study, specimens of DIN 34CrNiMo6 steel were machined and were tested between 10(6) and 10(9) cycles, under ultrasonic fatigue, with a frequency of 20 kHz and a loading ratio of -1. The results showed that the material has a tendency to fatigue life under low stress values and in some fracture sufaces of the specimens the fish-eye formation.
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Berchem, Klaus [Verfasser]. "The High-Cycle Fatigue and Corrosion Fatigue Performance of two Car Body Steels / Klaus Berchem". Aachen : Shaker, 2005. http://d-nb.info/1181607590/34.
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Karlsson, Daniel. "Life and fracture in very high cycle fatigue of a high strength steel". Thesis, Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik (from 2013), 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-86135.
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Classical fatigue models teach that there is an intrinsic fatigue limit for steels, representing a level of stress that is too low for regular crack growth where every cyclic load propagates a fatigue crack through the material. Modern application with extreme lifetimes has shown that fatigue will still take place in steels with stress levels well below the expected fatigue limit. This relatively new area of study has been named Very High Cycle Fatigue, or VHCF, and describes fatigue failures with a number of load cycles exceeding 107. Fractography of steels that has suffered VHCF tends to reveal an especially rough crack surface adjacent to where the fatigue crack originates, which is typically some form of defect in the bulk of the steel. This area is believed to be critical for VHCF and has been referred to in a number of ways by different studies, but will herein be called Fine Granular Area, or FGA. The aim of this study is to try and get a better understanding of VHCF. This was done by fractography analysis of test specimens of high strength tool steel that suffered fatigue failure at lifetimes ranging from about 106 cycles to 1,9x109 cycles. The lower lifetimes were achieved using hydraulic testing equipment, while the specimens in the VHCF range suffered fatigue failure in ultrasonic testing equipment allowing the application of a cyclic stress at a rate of 20 000 Hz. The resulting fracture surfaces were then investigated using a scanning electron microscope, or SEM, taking special note of the fatigue initiating defects and, in the case of VHCF, the rough area found adjacent to it. In combination with the SEM an elemental analysis of the fatigue initiating defects as well as the bulk of the material was done using energy-dispersive X-ray spectroscopy, or EDS. This was done to find out what the defects consisted of; confirming that they were slags and checking that the composition of the material of the bulk of the specimen matches what was expected. Using light optical microscopy in combination with acid etching of the surface of samples cut out of the test specimens the structure of the steel was investigated. Calculating the local stresses at the location of the fatigue initiating defect was done using FEM in combination with displacement amplitude gathered from the ultrasonic testing equipment. The data gathered was then measured and compared to that of previous studies, using models of prediction and seeing how they match the experimental results. The results suggest that the stress intensity factor at the internal slags is critical for VHCF and that with lower stress intensity factors one can expect longer lifetimes. Another observation is a relatively consistent stress intensity factor at the edge of the FGA combined with the original defect, likely signifying the transition from the creation of FGA to traditional crack propagation. There also seems to be a connection between the size of the FGA and the number of cycles to failure, with larger FGA with increasing lifetimes. The most glaring shortcoming of this study is the amount satisfactory tests conducted, and thus amount of data points, is very low due to the majority of specimens suffered failure at the threading used to connect them to the ultrasonic testing equipment at lifetimes far too low to be relevant.Klassiska utmattningsmodeller lär ut att det finns en utmattningsgräns för stål, vilket representerar en spänningsnivå som är för låg för regelbunden sprickväxt där varje cyklisk belastning sprider en utmattningsspricka genom materialet. Moderna applikation med extrema livstider har visat att utmattning fortfarande äger rum i stål med spänningsnivåer långt under den förväntade utmattningsgränsen. Detta relativt nya studieområde har fått namnet Very High Cycle Fatigue, eller VHCF, och beskriver utmattningsfall med ett antal belastningscykler som överstiger 107. Fraktografi av stål som har drabbats av VHCF tenderar att ha en särskilt gropig sprickyta som ligger intill där utmattningssprickan har sitt ursprung, vilket typiskt är någon form av defekt i stålets bulk. Detta område tros vara kritiskt för VHCF och har hänvisats till på ett antal sätt av olika studier, men kommer här att kallas Fine Granular Area eller FGA. Syftet med denna studie är att försöka få en bättre förståelse för VHCF. Detta gjordes genom fraktografianalys av testprover av verktygsstål med hög hållfasthet som drabbades av utmattningsbrott vid livstider från cirka 106 cykler till 1,9x109 cykler. De lägre livslängderna uppnåddes med hjälp av hydraulisk testutrustning, medan proverna i VHCF-området drabbades av utmattningsbrott i ultraljudstestutrustning som klarar att applicera en cyklisk stress med en frekvens på 20 kHz. De resulterande sprickytorna undersöktes sedan med hjälp av ett svepelektronmikroskop, eller SEM, med särskild fokus på utmattningsinitierande defekter och, i fallet med VHCF, det grova området som hittades intill det, FGA. I kombination med SEM utfördes en elementanalys av utmattningsinitierande defekter liksom huvuddelen av materialet med energidispersiv röntgenspektroskopi, eller EDS. Detta gjordes för att ta reda på vad inneslutningarna bestod av för att bekräfta att de var slagg samt kontrollera att sammansättningen av materialet i huvuddelen av provet matchar det som förväntades. Med användning av optisk ljusmikroskopi i kombination med syraetsning av ytan på prover som skars ut ur testproverna undersöktes stålets struktur. Beräkning av de lokala spänningarna på platsen för den utmattningsinitierande defekten gjordes med hjälp av FEM i kombination med förskjutningsamplituden som samlats från ultraljudsutrustningen. De insamlade uppgifterna mättes sedan och jämfördes med tidigare studier genom att använda diverse modeller och se hur de matchar de experimentella resultaten. Resultaten antyder att stressintensitetsfaktorn vid inneslutningarna är kritisk för VHCF och att man med lägre stressintensitetsfaktorer kan förvänta sig längre livstid. En annan observation är en relativt konsekvent stressintensitetsfaktor vid kanten av FGA, vilket sannolikt markerar övergången från skapandet eller utbredning av FGA till traditionell sprickutbredning. Det verkar också finnas en koppling mellan storleken på FGA och antalet cykler till fel, med större FGA med ökande livslängd. Den mest uppenbara bristen i denna studie är mängden tillfredsställande tester som genomförts. Därmed är mängden datapunkter mycket låg, detta på grund av att majoriteten av proverna misslyckades vid gängningen som användes för att ansluta dem till ultraljudstestutrustningen vid livstider alltför låga för att vara relevanta.
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Radonovich, David Charles. "Methods of Extrapolating Low Cycle Fatigue Data to High Stress Amplitudes". Master's thesis, University of Central Florida, 2007. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/3460.
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Modern gas turbine component design applies much effort into prediction and avoidance of fatigue. Advances in the prediction of low-cycle fatigue (LCF) cracks will reduce repair and replacement costs of turbine components. These cracks have the potential to cause component failure. Regression modeling of low-cycle fatigue (LCF)test data is typically restricted for use over the range of the test data. It is often difficult to characterize the plastic strain curve fit constants when the plastic strain is a small fraction of the total strain acquired. This is often the case with high strength, moderate ductility Ni-base superalloys. The intent of this project is to identify the optimal technique for extrapolating LCF test results into stress amplitudes approaching the ultimate strength. The proposed method to accomplish this is by finding an appropriate upper and lower bounds for the cyclic stress-strain and strain-life equations. Techniques investigated include: monotonic test data anchor points, strain-compatibility, and temperature independence of the Coffin-Manson relation. A Ni-base superalloy (IN738 LC) data set with fully reversed fatigue tests at several elevated temperatures with minimal plastic strain relative to the total strain range was used to model several options to represent the upper and lower bounds of material behavior. Several high strain LCF tests were performed with stress amplitudes approaching the ultimate strength. An augmented data set was developed by combining the high strain data with the original data set. The effectiveness of the bounding equations is judged by comparing the bounding equation results with the base data set to a linear regression model using the augmented data set.M.S.M.E.
Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering;
Engineering and Computer Science
Mechanical Engineering MSME
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Courty, Diana [Verfasser]. "Ultra high cycle fatigue of thin Al-based films / Diana Courty". Aachen : Shaker, 2010. http://d-nb.info/1104047705/34.
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Seidt, Jeremy Daniel. "Development of a novel vibration based high cycle fatigue test method". Connect to resource, 2001. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc%5Fnum=osu1209585565.
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MONTAGNOLI, FRANCESCO. "Very-High Cycle Fatigue: Size Effects and Applications in Civil Engineering". Doctoral thesis, Politecnico di Torino, 2021. http://hdl.handle.net/11583/2945177.
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Hilgendorff, Philipp-M., Andrei C. Grigorescu, Martina Zimmermann, Claus-Peter Fritzen e Hans-Jürgen Christ. "Cyclic deformation behavior of austenitic stainless steels in the very high cycle fatigue regime: Experimental results and mechanismbased simulations". Cambridge University Press, 2017. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A70666.
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Two austenitic stainless steels of strongly different stacking fault energies (SFEs) and correspondingly different stabilities of the austenite phase were studied with respect to their very high cycle fatigue (VHCF) behavior. The metastable austenitic stainless steel 304L shows a very pronounced transient behavior and a fatigue limit in the VHCF regime. The higher SFE of the 316L steel results in a less pronounced transient cyclic deformation behavior. The plastic shear is more localized, and the formation of deep intrusions leads to microcrack initiation. However, the propagation of such microcracks is impeded by α'-martensite formed very localized within the shear bands. A comprehensive description of the microstructural changes governing the cyclic deformation including the transient resonant behavior was developed and transferred into a mechanism-based model. Simulation results were correlated with the observed deformation evolution and the change of the resonant behavior of specimens during VHCF loading providing a profound understanding of the VHCF-specific deformation behavior.
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Ge, Yindong. "HIGH CYCLE FATIGUE STUDIES OF CARBURIZED NICKEL-BASE SUPERALLOYS AND STAINLESS STEELS". Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1244230393.
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Roy, Alexander M. "Prediction of low and high cycle multiaxial fatigue of superelastic nitinol stents via uniaxial fatigue based equations". Thesis, California State University, Long Beach, 2014. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=1527412.
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Bobyliov, Konstantin. "Casting voids influence on spheroid graphite cast iron high-cycle fatigue strength". Doctoral thesis, Lithuanian Academic Libraries Network (LABT), 2008. http://vddb.library.lt/obj/LT-eLABa-0001:E.02~2008~D_20081128_120950-42235.
Texto completo da fonteResumo:
The influence of casting voids on spheroid cast iron cracking threshold is investigated. The experimental results and their analytical and numerical analysis basing on linear fracture mechanics is presented.Nagrinėjamas liejimo tuštumų poveikis stipriojo ketaus pleišėjimo slenksčiui. Pateikiami eksperimentiniai rezultatai ir jų analitinė bei skaitinė analizė, remiantis tiesine irimo mechanika.
Исследуется влияние литейных пустот на порог трещиностойкости чугуна с шаровидным графитом. Представлены результаты экспериментального исследования и их аналитический и численный анализ, опираясь на линейную механику разрушения.
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Hastings, Abel Z. 1973. "An investigation of the high cycle fatigue behavior of bovine trabecular bone". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2003. http://hdl.handle.net/1721.1/30123.
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Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Materials Science and Engineering, February 2004.Includes bibliographical references (p. 64-70).
Fractures can be caused by fatigue loading due to prolonged exercise and age-related fragility. Fatigue loading causes microdamage in bone that leads to both a loss of stiffness and strength. Some engineering materials, such as steels, have a fatigue limit, which is represented by a stress plateau in the stress-life (S-N) curve. When loaded to levels below the stress plateau, these materials have an infinite fatigue life. Other materials, such as aluminum, do not exhibit a fatigue limit. For these materials, the endurance limit is defined as the stress amplitude corresponding to a somewhat arbitrary large number of cycles of fatigue (e.g. various texts suggest 10⁶ to 10⁸ cycles ). In previous work on compressive fatigue of bovine trabecular bone, it was hypothesized that there was a fatigue limit at a normalized stress, [Delta] [rho]/E₀, of approximately 0.0035. This study tested this hypothesis by fatigue testing bovine trabecular bone loaded to one of four normalized stresses ranging from 0.0015 to 0.0035. Failure was defined as a 10% loss in the secant modulus of the specimen. The data show that the rate of decrease of modulus reduction per cycle increased with increasing normalized stress. A fatigue limit in bovine trabecular bone was not found. While a threshold below which the fatigue life is infinite was not found, an endurance limit corresponding to 10⁶ cycles to failure was found at a normalized stress of about 0.00137. The study also showed that normalized secant modulus decreased with normalized number of cycles in the same manner for all normalized stresses.
by Abel Z. Hastings.
S.M.
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Cheng, Deborah Wen-hsin. "Compressive high cycle at low strain fatigue behavior of bovine trabecular bone". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1995. http://hdl.handle.net/1721.1/38042.
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Tofique, Muhammad Waqas. "Very high cycle fatigue of duplex stainless steels and stress intensity calculations". Licentiate thesis, Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-34591.
Texto completo da fonteResumo:
Very high cycle fatigue (VHCF) is generally considered as the domain of fatigue lifetime beyond 10 million (107) load cycles. Few examples of structural components which are subjected to 107-109 load cycles during their service life are engine parts, turbine disks, railway axles and load-carrying parts of automobiles. Therefore, the safe and reliable operation of these components depends on the knowledge of their fatigue strength and the prevalent damage/failure mechanisms. Moreover, the fatigue life of materials in the VHCF regime is controlled by the fatigue crack initiation and early growth stage of short cracks. This study was focussed on the evaluation of fatigue properties of duplex stainless steels in the VHCF regime using the ultrasonic fatigue testing equipment. The ultrasonic fatigue tests were conducted on the cold rolled duplex stainless strip steel and hot rolled duplex stainless steel grades. Two different geometries of ultrasonic fatigue test specimens were tested. Considerable attention was devoted to the evaluation of fatigue crack initiation and growth mechanisms using the high resolution scanning electron microscopy. The fatigue crack initiation was found to be surface initiated phenomena in all the tested grades, albeit different in each case. The second part of this thesis work was the development of a distributed dislocation dipole technique for the analysis of multiple straight, kinked and branched cracks in an elastic half plane. Cracks with dimensions much smaller than the overall size of the domain were considered. The main goal of the development of this technique was the evaluation of stress intensity factor at each crack tip. The comparison of results from the stress intensity factor evaluation by the developed procedure and the well-established Finite Element Method software ABAQUS showed difference of less than 1% for Jacobi polynomial expansion of sixth order in the dipole density representation.Article III was still in manuscript form at the time of the defense.
Very high cycle fatigue of stainless steels
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Gundmi, Satish Sajjan. "Continuous Time Fatigue Modelling for Non-proportional Loading". Thesis, Linköpings universitet, Mekanik och hållfasthetslära, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-164950.
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Fatigue analysis is a critical stage in the design of any structural component. Typically fatigue is analysed during post-processing, but as the size of the analysed component increases, the amount of data stored for the analysis increases simultaneously. This increases the computational and memory requirements of the system, intensifying the work load on the engineer. A continuum mechanics approach namely ’Continuous time fatigue model’, for fatigue analysis is available in a prior study which reduces the computational requirements by simultaneously computing fatigue along with the stress. This model implements a moving endurance surface in the stress space along with the damage evolution equation to compute high-cycle fatigue. In this thesis the continuous time fatigue model is compared with conventional model (ie.Cycle counting) to study its feasibility. The thesis also aims to investigate the continuous time fatigue model and an evolved version of the model is developed for non-proportional load cases to identify its limitations and benefits.