Étude du comportement et de l'endommagement d'alliages pour turbomachines en fatigue vibratoire et en fatigue combinée PDF Download
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Author: Kacem El Alami Idrissi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
Book Description
La présente étude porte sur le comportement et de l'endommagement en fatigue vibratoire de l'alliage de titane TA6V, matériau utilisé dans le domaine de l'aéronautique en régime vibratoire. Outre la mise au point des méthodes d'essai adéquates, nous présentons dans ce mémoire d'une part, les résultats de fissuration du ta6v a haute fréquence, a la température ambiante et pour un rapport de charge R compris entre -1 et 0,9, d'autre part les mécanismes d'endommagement du TA6V lorsqu'une vibration de 20 khz se combine à un cycle de fatigue lente. Enfin, nous étudions le comportement du TA6V sous un chargement d'amplitude variable, notamment l'effet de surcharge et l'influence d'une réduction rapide du facteur d'intensité de contraintes. Les résultats obtenus ont été confrontés à des résultats de fatigue conventionnelle. Les mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce à des analyses métallographiques et microfractographiques au MEB. Lorsque la comparaison est possible, les mécanismes mis en jeu sont les mêmes en fatigue vibratoire et en fatigue conventionnelle.
Author: Kacem El Alami Idrissi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
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La présente étude porte sur le comportement et de l'endommagement en fatigue vibratoire de l'alliage de titane TA6V, matériau utilisé dans le domaine de l'aéronautique en régime vibratoire. Outre la mise au point des méthodes d'essai adéquates, nous présentons dans ce mémoire d'une part, les résultats de fissuration du ta6v a haute fréquence, a la température ambiante et pour un rapport de charge R compris entre -1 et 0,9, d'autre part les mécanismes d'endommagement du TA6V lorsqu'une vibration de 20 khz se combine à un cycle de fatigue lente. Enfin, nous étudions le comportement du TA6V sous un chargement d'amplitude variable, notamment l'effet de surcharge et l'influence d'une réduction rapide du facteur d'intensité de contraintes. Les résultats obtenus ont été confrontés à des résultats de fatigue conventionnelle. Les mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce à des analyses métallographiques et microfractographiques au MEB. Lorsque la comparaison est possible, les mécanismes mis en jeu sont les mêmes en fatigue vibratoire et en fatigue conventionnelle.
Author: Bruno Barlas (ingénieur).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 300
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CETTE ETUDE A POUR BUT DE DETERMINER L'INFLUENCE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE ET DU TRAITEMENT THERMIQUE D'ALLIAGES D'ALUMINIUM DE FONDERIE AL-SI-CU-MG SUR LEUR COMPORTEMENT ET LEUR DUREE DE VIE EN FATIGUE. L'APPLICATION INDUSTRIELLE DE CETTE ETUDE CONCERNE LES CULASSES DE MOTEURS DIESEL A HAUT RENDEMENT, POUR LES SOCIETES RENAULT ET MONTUPET. LES MOYENS MIS EN ŒUVRE SONT A LA FOIS MICROSCOPIQUES (MET, MICRODURETE, ANALYSE D'IMAGE), MECANIQUES (ESSAIS LCF ET ANISOTHERMES, MACRODURETE) ET NUMERIQUES (SIMULATION DE LA STABILITE DES PHASES DURCISSANTES, IDENTIFICATION DU MODELE DE COMPORTEMENT ET D'ENDOMMAGEMENT, APPLICATION AU CALCUL DE LA DUREE DE VIE DE LA CULASSE). LE LIEN ENTRE LES PARTIES MICRO ET MACRO EST REALISE AU TRAVERS D'UNE VARIABLE INTERNE MICROSCOPIQUE DE VIEILLISSEMENT BASEE SUR LA CROISSANCE/COALESCENCE DE LA PRECIPITATION ET IMBRIQUEE DANS LE MODELE MACROSCOPIQUE.
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Ces travaux sont consacrés à l'étude des mécanismes prépondérants pouvant intervenir dans l'endommagement en fretting-fatigue pour des alliages Al-Cu-Li. Afin d'apporter des réponses, une importante étude expérimentale a été menée en 3 sections distinctes : comportement en fatigue avec concentration de contrainte dans la pièce; résistance à l'endommagement en fretting; essais de fretting-fatigue. Un effort particulier est réalisé pour déterminer l'influence de la microstructure sur ces différents mécanismes. Dans les conditions testées en fatigue, les matériaux étudiés présentent des durées de vies similaires alors que les chemins de fissuration diffèrent aussi bien au niveau macroscopique que microscopique. L'analyse EBSD de zones fissurées met en lumière l'importance de la texture pour les alliages à l'état UA à la différence de ceux à l'état T8. L'état de précipitation est cependant le facteur le plus important contrôlant la morphologie de la fissure. Contrairement à la littérature, cette étude montre que les mécanismes de fretting ne sont pas indépendants de la microstructure. En effet, pour des conditions testées identiques, les alliages à l'état UA présentent un meilleur comportement à la fissuration que ceux à l'état T8. Deux techniques d'analyses 3D ont été utilisées afin de mettre en évidence l'effet de la microstructure. L'analyse des faciès de rupture des éprouvettes de fretting-fatigue a permis de décomposer le mécanisme d'endommagement en trois étapes: amorçage en fretting, propagation sous dominance mixte de la sollicitation de fretting et de fatigue, puis propagation uniquement contrôlée par la fatigue jusqu'à rupture brutale de l'échantillon.
Author: JINGANG.. NI Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE METTRE AU POINT UNE METHODE POUR ETUDIER L'ENDURANCE ET LA FISSURATION DES MATERIAUX SOLLICITES EN FATIGUE VIBRATOIRE (F=20 KHZ). L'EPROUVETTE VIBRE A SA FREQUENCE PROPRE DE RESONANCE EN PREMIER MODE LONGITUDINAL, AYANT UN VENTRE DE DEFORMATION AU CENTRE ET UN VENTRE DE DEPLACEMENT A L'EXTREMITE DE L'EPROUVETTE. DEUX TYPES D'EPROUVETTES DESTINEES RESPECTIVEMENT AUX ETUDES DE L'ENDURANCE ET DE LA FISSURATION SONT DETERMINES ANALYTIQUEMENT UTILISANT LA THEORIE DE LA PROPAGATION DES ONDES ELASTIQUES ET NUMERIQUEMENT AVEC LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. LA DEFORMATION MAXIMALE A ETE MESUREE AU MOYEN DE JAUGES D'EXTENSOMETRIE DYNAMIQUES. UN SYSTEME DE VIDEO-CAMERA PERMET LE SUIVI DE L'EVOLUTION DE LA PROPAGATION DE LA FISSURE. LE MECANISME DE L'AMORCAGE ET DE LA FISSURATION A ETE ETUDIE PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE. LES ALLIAGES ASTROLOY, U500, 17-4PH, TA6V ET AL-LI 8090 ONT ETE ETUDIES EN FATIGUE VIBRATOIRE ET EN FATIGUE CONVENTIONNELLE
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L'automobile nécessite l'utilisation d'échangeurs thermiques permettant d'assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température acceptables (autour de 90°C). La fiabilité de ces échangeurs ne peut être négligée car ils peuvent être à l'origine de complications mécaniques importantes en cas de dysfonctionnement. La maîtrise des divers modes d'endommagement des échangeurs thermiques liés aux conditions d'utilisation devient dès lors un enjeu incontestable pour les industriels en charge de leur production, tant du point de vue matériaux, que du comportement général de la structure en service (influence du procédé d'assemblage, design,...). Les échangeurs thermiques présentent aujourd'hui une sensibilité accrue aux sollicitations thermomécaniques cycliques induites en service, du fait, essentiellement, d'une constante diminution des épaisseurs des composants. Celle-ci est responsable d'une augmentation significative des contraintes internes pour des conditions en service identiques, pouvant avoir pour conséquence directe et irréversible la rupture d'un tube, témoin d'une incompatibilité matière/design/process. Deux configurations matières industrielles ont ici été étudiées. Il s'agit de structures tri-couches colaminées de type tube, constituées respectivement de deux et trois alliages d'aluminium distincts (4xxx/3xxx/4xxx ou 4xxx/3xxx/7xxx), pour une épaisseur totale de 270μm. Ces dernières ont été développées pour permettre l'utilisation du procédé de brasage comme procédé d'assemblage (alliage 4xxx). Toutefois, une telle architecture, combinée à un procédé thermique d'assemblage sévère (600°C), est responsable d'une modification profonde de la microstructure avec l'apparition de structures de solidification, responsables entre autres de nombreuses irrégularités de surface (appelées Gouttes de Placage Résiduelles - GPR) ainsi que d'importants gradients de propriétés mécaniques dans l'épaisseur. Ces travaux de recherche s'appuient sur une approche expérimentale et numérique développée pour étudier les mécanismes d'endommagement en fatigue relatifs à de telles structures fines hétérogènes. Associant diverses techniques expérimentales telles que la corrélation d'images numériques (2D-3D) ou la tomographie à rayons X (de laboratoire ou à l'ESRF), elle permet une analyse précise des mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures de fatigue (sur éprouvette de fatigue classique ou de type échangeur thermique). Le rôle des différents placages dans chacune des phases de l'endommagement a ainsi été mis en évidence (4xxx : amorçage, 7xxx : propagation des fissures). Des simulations par la méthode des éléments finis nous ont permis de compléter ces observations en proposant une quantification précise de l'influence de l'état de surface (GPR) sur la tenue en fatigue des éprouvettes testées. Enfin, des essais de fatigue réalisés directement sur échangeurs thermiques ont permis de corroborer les résultats obtenus sur éprouvettes modèles.
Author: Viktor Norman Publisher: Linköping University Electronic Press ISBN: 917685390X Category : Languages : en Pages : 49
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Due to increasing demands on sustainability exerted by end-costumers and policy makers, heavyvehicle manufacturers are urged to increase the engine efficiency in order to reduce the exhaust gas emission. However, increasing the efficiency is also associated with an elevated fatigue rate of the materials constituting the engine parts, which consequently reduces the engine service life. The aim of the present thesis is therefore to confront the expected increase by studying the fatigue behaviour and damage mechanisms of the materials typically employed in heavy-vehicle diesel engines. With this knowledge, this work seeks to guide the development of new heavy-vehicle engine materials, as well as to develop improved life estimation methods designated to assist the mechanical design of durable heavy-vehicle engines. In essence, a large set of thermo-mechanical fatigue (TMF) and combined thermomechanical and high-cycle fatigue (TMF-HCF) tests is conducted at engine load conditions on laboratory specimens of lamellar, compacted and spheroidal graphite iron. In this way, the fatigue performance and associated damage mechanisms are investigated. In particular, a new fatigue property is identified, the TMF-HCF threshold, which quantifies how resistant a material is to superimposed high-cycle fatigue. The damage mechanism at low temperatures (?500°C) is confirmed to consist of the initiation, propagation and coalescence of numerous microcracks. Based on this, a successful fatigue life estimation model is formulated, allowing accurate estimations of TMF and TMF-HCF tests on smooth specimens, and TMF tests on notched specimens. In the latter case, the microcrack growth behaviour in non-uniform cyclic stress fields and its implications for life estimation are clarified. At elevated temperatures (?500°C), surface oxidation is shown to govern the fatigue performance of cast iron grades intended for exhaust manifolds. It is observed that oxide intrusions are induced, from which surface fatigue cracks are initiated. Consequently, an optimal material at these conditions should have a low oxide growth rate and few casting defects at the surface, as these factors are found to stimulate the growth of intrusion.
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LE COMPORTEMENT EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE D'ALLIAGES BIPHASES TA6V FORGES A ETE ETUDIE DANS L'AIR ET SOUS VIDE A 20C ET 300C. DEUX FAMILLES D'ALLIAGES TRAITES THERMOMECANIQUEMENT DANS LE DOMAINE ALPHA, BETA, L'UNE BIMODALE ET L'AUTRE GLOBULAIRE ONT ETE COMPAREES; POUR CHACUNE DE CES FAMILLES UNE NUANCE A STRUCTURE PUREMENT EQUIAXE ET UNE STRUCTURE PLUS ANISOTROPE ONT ETE ETUDIEES. LE COMPORTEMENT CYCLIQUE AUX DEUX TEMPERATURES EXTREMES D'UTILISATION DANS LES MOTEURS D'AVION, 20C ET 300C, A D'ABORD ETE DETERMINE SOUS VIDE AFIN DE DECOUPLER L'EFFET DE LA TEMPERATURE DE L'EFFET DE L'ENVIRONNEMENT QUI INTERVIENNENT SIMULTANEMENT LORS DES ESSAIS SOUS AIR. LES EFFETS DE LA TEMPERATURE ET DE L'ENVIRONNEMENT AINSI QUE LEURS INTERACTIONS ONT ETE MIS EN EVIDENCE ET INTERPRETES A TRAVERS L'ANALYSE DE L'ENDOMMAGEMENT SURFACIQUE DES EPROUVETTES PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE. LE SUIVI DE LA CROISSANCE DES FISSURES AU COURS DU CYCLAGE A PERMIS DE DISCERNER L'IMPORTANCE RELATIVE DE L'AMORCAGE ET DE LA PROPAGATION DES FISSURES COURTES POUR LES DIFFERENTES NUANCES ET CONDITIONS D'ESSAI, ET D'ETABLIR UN LIEN ENTRE CES CARACTERISTIQUES ET LA MICROSTRUCTURE DU TA6V. PAR AILLEURS UNE ANALYSE MECANIQUE DE LA PROPAGATION DES FISSURES A ETE EFFECTUEE EN RELIANT LA CROISSANCE DES FISSURES A L'AMPLITUDE DE LA DEFORMATION PLASTIQUE OU A L'AMPLITUDE DU FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTES. UN RAPPROCHEMENT DU COMPORTEMENT DES FISSURES COURTES A ETE ETABLI AVEC CELUI DES FISSURES LONGUES
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La maintenance conditionnelle consiste à suivre à l'aide d'outils spécifiques le comportement des élément mécanique d'une machine. Parmi ces outils, l'analyse vibratoire permet de localiser des défauts. Il s'agit ensuite de prédire leur évolution afin d'envisager au mieux des périodes d'intervention. Cette prédiction est conditionné par la connaissance de la loi d'endommagement de l'élément mécanique concerné. Parmi les éléments des machines tournantes, le roulement est l'organe mécanique le plus sensible. Dans des conditions idéales de montage et d'utilisation, seule la dégradation due à la fatigue de roulement subsiste. Cette endommagement de fatigue engendre de la fissuration puis un écaillage. L'objectif de cette thèse est de détecter, de modéliser et de suivre, par analyse vibratoire, l'endommagement en fatigue des paliers à roulements. Dans ce but, une modélisation, est proposée et validée expérimentalement. Ensuite, une méthode de détection précoce des défauts d'écaillage est proposée. Finalement l'analyse vibratoire est utilisée pour recaler le modèle de croissance d'un écaillage ainsi que la durée de vie résiduelle du roulement.
Author: Marc Grieu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 253
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La fatigue des joints brasés de composants électroniques est étudiée dans le cas des environnements sévères rencontrés dans les applications aéronautiques, spatiales et militaires. L'objectif de la thèse est de proposer un modèle de fatigue générique adapté aux joints brasés de type Sn-Ag-Cu soumis à des chargements thermomécaniques et vibratoires. Une étude bibliographique critique la pertinence des modèles et principalement des procédures expérimentales d'identification des paramètres des modèles en loi puissance. La modélisation continue de l'endommagement est également abordée car elle est plus performante lorsqu'elle est appliquée à des chargements complexes combinés. La microstructure triphasée des alliages Sn-Ag-Cu est présentée ainsi que ses différents paramètres microstructuraux assez dispersés selon le mode d'assemblage et la composition des alliages. Le deuxième chapitre présente une étude expérimentale et numérique sur la fatigue oligocyclique de l'alliage Sn- 3,0Ag-0,5Cu en cisaillement. Une loi de comportement viscoplastique à écrouissage est établie ainsi qu'un modèle d'endommagement continu isotherme. Des résultats en fatigue à 25 °C et à 75 °C mettent en évidence l'influence de la tempéra ture sur le comportement et la fatigue de l'alliage. Une étude du comportement en fatigue vibratoire des assemblages est ensuite menée au moyen de cartes de test. Les temps à défaillance des assemblages donnent des tendances en fatigue pour des composants de différentes technologies (BGA, PLCC...). Les modes de rupture des brasures sans plomb semblent similaires à ceux des alliages standards Sn-Pb. Enfin une méthodologie de simulation par éléments finis des cartes et assemblages électroniques en vibration est proposée. Celle-ci permet sur un exemple concret de calculer un indicateur du dommage accumulé dans les joints lors d'un chargement vibratoire aléatoire de la carte. Les deux approches, en fatigue oligocyclique et en vibration, permettent d'initier la proposition d'un modèle générique adapté aux sollicitations combinées pour les joints brasés.
Author: Kacem El Alami Idrissi
Author: Kacem El Alami Idrissi
Author: Bruno Barlas (ingénieur).)
Author: Jessica Delacroix
Author: JINGANG.. NI
Author: Aurélien Buteri
Author: Benjamin Ellyson
Author: Viktor Norman
Author: LAURENT.. LEGENDRE
Author: Fabrice Bolaers
Author: Marc Grieu