Thermomechanical design in the automotive industry

In this paper thermomechanical fatigue assessment in the automotive industry is discussed. The design strategy is based upon a consistent approach of the thermomechanical loading, the mechanical constitutive law of the material, the damage parameters and the fatigue strength criteria. The good understanding of these different steps allows one to perform predictive calculations of automotive parts subjected to thermomechanical loading. The main hypotheses and modelling choices are presented and results are illustrated by a series of computations on real 3D structures. Cracked area and lifetime prediction are described in the case of aluminium alloy cylinder heads subjected to transient thermal loadings

An improvement of Gurson-type models of porous materials by using Eshelby-like trial velocity fields

New expressions of the macroscopic criteria of perfectly plastic rigid matrix containing prolate and oblate cavities are presented. The proposed approach, derived in the framework of limit analysis, consists in the consideration of Eshelby-like trial velocity fields for the determination of the macroscopic dissipation. It is shown that the obtained results significantly improve existing criteria for ductile porous media. Moreover, for low stress triaxialities, these new results also agree perfectly with the (nonlinear) Hashin–Shtrikhman bound established by Ponte-Castañeda and Suquet

Behavior, damage and fatigue life assessment of lost foam casting aluminum alloys under thermo-mechanical fatigue conditions

AbstractThe purpose of this paper is to define a thermomechanical fatigue criterion in order to predict the failure of the cylinder heads issued with the lost foam casting process. The microstructure of the materials (A356-A319) is affected by the lost foam casting process which can directly affect the mechanical properties, the damage mechanisms and thefatigue failure of the materials. The major problem in defining a predictive fatigue criterion in this case is the fact that it should be on one side applicable for the structure which is submitted to complex multiaxial thermomechanical loadings and on the other side should take into account the microstructural effects of casting process

Plasticity-damage based micromechanical modelling in high cycle fatigue

A micro-macro approach of multiaxial fatigue in unlimited endurance is proposed. It allows one to take into account plasticity and damage mechanisms which occur at the scale of Persistent Slip Bands (PSB). The proposed macroscopic fatigue criterion, which corresponds to microcracks nucleation at the PSB-matrix interface, is derived for different homogenization schemes (Sachs, Lin-Taylor and Kröner). The role of a mean stress and of the hydrostatic pressure in high cycle fatigue is shown; in particular, in the case of Lin-Taylor scheme and linear isotropic hardening rule at microscale, one recovers the linear dependance in pressure postulated by K. Dang Van for the macroscopic fatigue criterion. This dependence is related here to the damage micro-mechanism. Finally, the particular case of affine loading is presented as an illustration

Un critère macroscopique approché pour les milieux plastiques anisotropes contenant des cavités sphéroïdales

On propose une extension du critère de Gologanu et Leblond initialement proposé pour les milieux plastiques rigides (régis par le critère de von Mises) et contenant des cavités sphéroïdales au cas d'une matrice anisotrope (régie par le critère quadratique de Hill (1948)). L'etude a été réalisée dans le cadre de l'analyse limite d'un sphéroïde creux contenant une cavité sphéroïdale confocale et en considérant comme champ test celui utilisé par Gologanu et Leblond. On montre que dans le cas des cavités de géométrie cylindrique et sphérique, le critère obtenu se réduit aux critères anisotropes existants. Dans le cas général d'une cavité non sphérique dans une matrice de Hill, la précision du critère approché obtenu est évaluée au travers de comparaisons avec des résultats numériques

Approche multiéchelle de la fatigue polycyclique prenant en compte un couplage plasticité-endommagement

Les matériaux métalliques soumis à des sollicitations à grand nombre de cycles peuvent rompre bien qu'a aucun moment de l'histoire du chargement les amplitudes de contrainte n'aient dépassé la limite macroscopique d'élasticité. Il est généralement admis que la rupture en chargement cyclique est la conséquence d'un processus de localisation des déformations plastiques et de l'endommagement dans certains grains défavorablement orientés par rapport aux directions de sollicitation. Dans l'approche multiéchelle de la fatigue à grand nombre de cycles (polycyclique) proposée par Dang van puis développée par Papadopoulos, le critère de fatigue correspond à une condition d'adaptation à l'échelle des grains sollicités. La prise en compte dans ce critère de l'effet de la pression hydrostatique n'a pu être faite que de manière phénoménologique. Dans cette communication, on propose d'intégrer dans l'approche de Dang Van, les micromécanismes d'endommagement (nucléation de microcavités par accumulation de défauts ponctuels, croissance de ces microcavités) qui ont lieu sous l'action combinée de la déformation plastique et des efforts de pression. Pour cela, un modèle micromécanique couplant plasticité et endommagement à l'échelle des grains est proposée en adaptant l'approche par analyse limite de Gurson. Le critère de fatigue obtenu à l'issue de cette démarche combine à l'échelle microscopique une condition d'adaptation et une condition de porosité critique. Sa traduction à l'échelle macroscopique est effectuée via une transition micro-macro de type KrÄoner-Eshelby. Enfin une confrontation des prédicions du critère à des données expérimentales issues de la littérature, permet de démontrer sa pertinence pour des chargements affines macroscopiques. En particulier, le critère rend compte des effets d'une contrainte moyenne et de l'influence de la pression hydrostatique

Local analysis of fretting damage by means of full field measurement

The improvements in camera technology and image processing have caused full field measurement techniques to become more and more frequently used in the field of experimental mechanics. Nevertheless, few applications can be found in the field of contact mechanics. Therefore, the aim of this work is to present, a novel experimental set-up based on coupled kinematic-thermal measurements to assess fretting damage. A well known 35Ni Cr Mo 16 low-alloyed steel was studied under various plain fretting partial slip conditions. Analysis of the thermal signal have shown the possibility of decoupling thermal effects related to intrinsic dissipation, thermoelastic sources and dissipation due to friction

On the influence of microstructural gradients in the fatigue lifetime estimation of a railway axle

This study aims at characterizing the influence of gradients at different scales (loading, geometry, microstructure...) on fatigue strength through a multi-scale finite element modeling associated to several high cycle fatigue criteria. This is a necessary step in the perspective of conducting a relevant experimental campaign on notched specimen exhibiting a gradient of mechanical properties

Caractérisation du comportement mécanique d'un gradient de microstructure

Une démarche pour la caractérisation des métaux à gradients de microstructure s'appuyant sur des mesures de champs cinématiques est proposée. L'application d'un traitement de recristallisation à une éprouvette de traction en fer pur permet l'obtention d'un gradient de taille de grain localisé. Une variation de propriétés élasto-plastique à l'échelle de ce gradient de microstructure est recherchée en comparant la réponse observée aux résultats de calculs éléments finis