Prévision probabiliste de la tenue en fatigue polycyclique des matériaux à défauts de surface

Ce papier présente une approche probabiliste pour la prévision de la tenue à la fatigue polycyclique des pièces mécaniques contenant des défauts de surface. Elle est basée sur un critère de fatigue multiaxiale pour des matériaux à défauts, proposé par Nadot et al, et sur une approche de prévision probabiliste de la tenue à la fatigue polycyclique proposée par Ben Sghaier et al. Elle permet de prendre en compte la dispersion de la taille des défauts. Des simulations élastoplastiques ont été réalisées pour déterminer la distribution des contraintes autour des défauts. Plusieurs calculs ont été réalisés avec différentes tailles et avec différentes sollicitations, permettant d'obtenir les expressions de la pression hydrostatique maximale et de l'amplitude de la cission, par la technique des surfaces de réponse. Le point représentatif du chargement est transformé en une surface générée par des tirages aléatoires des tailles des défauts. La fiabilité a été calculée par la méthode de simulation de Monte Carlo

Fiabilité en fatigue polycyclique des matériaux à défaut sous chargement multiaxial

L'amorçage en fatigue des composants mécaniques se produit souvent au niveau des défauts très proches des surfaces. Ces défauts sont souvent dus aux modes d'élaboration des matériaux tels que le moulage et le laminage. Ils peuvent exister dans divers matériaux : les fontes à graphite sphéroïdale, les aciers, les alliages d'aluminium, etc. Même, si les technologies et les moyens actuels permettent une bonne optimisation des procédés d'élaboration, l'existence de ces défauts ne peut pas être complètement évitée. Ils peuvent être de différentes natures, le plus souvent: des retassures, des soufflures et des inclusions. Ils ont différentes formes (sphérique dans le cas d'une porosité et complexe dans le cas d'une retassure) et des tailles très variables : de quelques micromètres à quelques millimètres près. Il a été clairement observé, lors des essais de fatigue, que les défauts localisés en surface sont plus dangereux que ceux situés au cœur du matériau. De même, il s'est avéré que la plage de variation et la distribution statistique des tailles des défauts sont des paramètres influant sur la tenue en fatigue des matériaux à défauts.In many casting mechanical components, the fatigue microcracks initiate from surface defects. The process conditions and technology are being improved but they still cannot avoid these defects inherent to casting. Such defects were reported in different materials: cast irons, various steels and aluminium alloys. Different kinds of defects have been studied, namely, shrinkages, pores, inclusions and surface oxides. They have different shapes (spherical for the case of a pore and a complex 3D shape for shrinkage) and sizes (from several micromillimetres to millimetres ). It is well established that crack initiation occurs around the defect when components are submitted to multiaxial high cycle loading. For a given size, surface defects are much more harmful than those located in the bulk. The most influencing paérameters are the size and the distribution density of those defects.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

New fatigue limit assessment approach of defective material under fully reversed tension and torsion loading

This paper presents a new approach to predict the high cycle fatigue limit of defective material submitted to multiaxial loading. Defects are simplified to a half spherical void at the surface of a specimen. Finite Element (FE) method is used to determine stress distribution around defect for different sizes and loading levels. Papadopoulos high cycle fatigue criterion is used to calculate equivalent stress around defect. Based on stress analysis, a definition of affected area is proposed, in which the Papadopoulos criterion is violated. The evolution of the affected area, versus the amplitude of loading and defect size leads to determine fatigue limit for defective material. Results are in good agreement with experimental investigations and show that the affected area is a good parameter to predict the influence of a defect on multiaxial fatigue behaviour