Fissuration par fatigue thermique: expérience et modélisation PDF Download

Author: Hoai Nam Le
Publisher: Univ Europeenne
ISBN: 9786131505959
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Languages : fr
Pages : 280

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Author: Medhi Salem
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Languages : fr
Pages : 246

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Dans les conditions industrielles comme dans les essais de laboratoire, l'endommagement des aciers à outils de mise en forme à chaud, en particulier en fonderie sous pression d'aluminium, se fait par un couplage complexe entre Fatigue Thermique (FT) et mécanismes de dégradation sous l'effet de l'environnement. En effet, à partir de 500 °C sous air ambiant, une couche d'oxyde de fer duplex, constituée d'une partie interne riche en chrome et d'une partie externe pauvre en chrome, se forme sur la surface de l'acier. Par ailleurs, lors du contact avec l'alliage d'aluminium en fusion, l'interaction entre l'aluminium et le fer entraîne la croissance d'une couche intermétallique polyphasée. Nous avons développé une approche expérimentale consistant à découpler les sollicitations afin d'étudier les différents mécanismes d'endommagement de manière distincte ainsi que sous conditions complexes. Un essai de corrosion dans un bain fondu a permis d'étudier l'aluminisation entre l'alliage d'aluminium AlSi9Cu3 et l'acier à outil X38CrMoV5, en conditions statique et isotherme. L'évolution de l'épaisseur totale de la couche intermétallique, régie par la diffusion, est considérablement influencée par les phénomènes de dissolution notamment au-delà de 650 °C. D'autre part, un banc d'essai de FT par induction, travaillant sous différentes atmosphères et pressions partielles d'oxygène, a permis d'étudier les effets de l'oxydation. Des éprouvettes axisymétriques en forme de disque, vierges ou pré-aluminisées, ont été soumises à différents cycles thermiques (Tmin = 100 °C, Tmax de 550 à 650 °C à l'extrémité de l'éprouvette), avec une vitesse de chauffage constante (420 °C.s-1). À 550 °C, l'endommagement se fait par écaillage cyclique de la couche d'oxyde ; aucune macro-fissuration n'est observée jusqu'à 400 000 cycles. Au delà de cette température, lorsque la couche superficielle est compacte et adhérente, elle subit d'abord une micro-fissuration périodique et parallèle. À partir de ce réseau de " faïençage uni-axial ", plusieurs fissures macroscopiques se propagent successivement dans l'acier. En revanche, en l'absence de couche superficielle compacte, on n'obsreve pas de micro-fissuration préalable et les macro-fissures apparaissent simultanément lorsque la dureté de l'acier atteint un seuil d'adoucissement critique. La propagation des macro-fissures à l'échelle macroscopique se fait en mode I perpendiculairement à l'axe ortho-radial. Les macro-fissures atteignent des profondeurs différentes en fonction de leur nombre. Une analyse thermique et thermo-mécanique par éléments finis utilisant des lois de comportement " thermo-élasto-plastique " (EP) et " thermo-élasto-visco-plastique " (EVP) a été réalisée. Elle a montré que le choix du modèle est sans conséquence si le critère de durée de vie est basé sur l'amplitude de contrainte. Par contre, le modèle EVP se révèle plus adapté lorsque d'autres paramètres sont considérés (comme la contrainte maximale pour l'estimation de l'amorçage), car il tient compte des effets liés au temps (vitesse de sollicitation et évolution microstructurale). Le concept de la mécanique linéaire de la rupture a été utilisé pour modéliser les cinétiques de fissuration. Le Facteur d'Intensité de Contrainte (FIC) a été calculé en utilisant la fonction de poids développée par Bueckner. L'ouverture résiduelle des fissures mesurée à froid a permis de valider le calcul de FIC.

Author: Nicolas Malésys
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Languages : fr
Pages : 176

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Des réseaux de fissures superficielles de fatigue thermique ont été détectés dans des conduites de centrales nucléaires, plus précisément dans les zones de mélange du circuit de refroidissement du réacteur à l’arrêt. De nombreux travaux expérimentaux ont d’ores et déjà été menés pour caractériser l’apparition et la propagation de ces fissures. L’aspect aléatoire de l’apparition de celles-ci a conduit à proposer un modèle probabiliste de formation et de propagation de fissures. Dans un premier temps, des essais de fatigue mécanique uniaxiale sur des éprouvettes entaillées ont été réalisés afin de mettre en évidence le multi-amorçage de fissures, leur arrêt par obscurcissement et leur coalescence par recouvrement des zones d’amplification des contraintes. Dans un deuxième temps, le modèle probabiliste a été établi sous deux hypothèses : la germination continue de fissures en surface, grâce à une loi d’amorçage à seuil suivant un processus ponctuel de Poisson, et le processus d’obscurcissement qui interdit l’amorçage ou la propagation d’une fissure si celle-ci se situe dans la zone de relaxation des contraintes d’une autre fissure déjà existante. La propagation des fissures est assurée par une loi de type Paris basée sur des calculs de facteurs d’intensité des contraintes en pointe et en fond de fissure. L’évolution des réseaux de fissures multidirectionnelles en surface peut ainsi être suivi au moyen de trois grandeurs : la probabilité d’obscurcissement, comparable à une variable d’endommagement de la structure, la densité de fissures activées, comparable à la densité de fissure d’un réseau réel, et la densité de fissures actives qui permet de connaître le nombre de fissures qui se propagent toujours dans la zone d’étude. La distribution des tailles de fissures est également accessible permettant une comparaison plus rapide avec les résultats expérimentaux.

Author: Seyed Mohammad Seyedi
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ISBN: 9782110950987
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Languages : fr
Pages : 118

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Des réseaux de fissures dues à de la fatigue thermique à grand nombre de cycles (faïençage thermique) ont été mis en évidence dans certains composants de centrales nucléaires. L'estimation de durée de vie des composants est d'une importance vitale pour définir des programmes de maintenance. Une solution analytique de calcul du facteur d'intensité des contraintes a été développée pour étudier l'effet du chargement thermomécanique. Vu la complexité du chargement thermique et le phénomène de propagation dans un réseau de fissures, un outil de simulation numérique a été mis au point. Il s'agit d'un outil de remaillage automatique et une stratégie de propagation dans un réseau basée sur l'incrément de longueur de fissures. Un modèle probabiliste qui prend en compte l'hétérogénéité du matériau lors de la formation, propagation et coalescence dans un réseau est ensuite présenté. Ce modèle peut être implanté dans un code de calcul par éléments finis comme un modèle d'endommagement.

Author: François Sudreau
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Languages : fr
Pages : 273

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PARTANT DU CONSTAT QUE, DANS LE CAS DES MATERIAUX CERAMIQUES, LES ESSAIS DE FATIGUE THERMIQUE SONT PARTICULIEREMENT LONGS A REALISER DU FAIT DE LA DUREE D'UN CYCLE THERMIQUE ET DE LA DISPERSION DES RESULTATS, NOUS AVONS VOULU, PAR CE TRAVAIL, TROUVER DE NOUVELLES VOIES PERMETTANT DE MIEUX PREVOIR ET DE MIEUX COMPRENDRE LA FATIGUE THERMIQUE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE ANALYSE STATISTIQUE DE LA FATIGUE THERMIQUE OU LA DISPERSION DES RESULTATS N'EST PLUS UN OBSTACLE MAIS, AU CONTRAIRE, UN MOYEN DE CARACTERISER LA PROPAGATION SOUS-CRITIQUE DES FISSURES. D'AUTRE PART, NOUS AVONS SIMULE LA PROPAGATION SOUS-CRITIQUE DES FISSURES DANS UN MATERIAU SOUMIS A DES CONTRAINTES CYCLIQUES D'ORIGINE THERMIQUE. CES SIMULATIONS ONT ETE FAITES EN INTEGRANT LES LOIS DE PROPAGATION DE FISSURE TROUVEES PAR DES ESSAIS DE DOUBLE TORSION. NOUS AVONS PORTE UNE ATTENTION PARTICULIERE A DISTINGUER DANS NOS CALCULS LES TROIS STADES DE PROPAGATION DE FISSURE MIS EN EVIDENCE PAR LES ESSAIS DE DOUBLE TORSION

Author: Ibishola Santos
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Languages : fr
Pages : 0

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La détermination des propriétés de fatigue des enrobés bitumineux varie en fonction du type d'essai pratiqué ainsi que de la manière d'interpréter la courbe de fatigue. L'objectif de ce travail est de modéliser la réponse du matériau et de simuler numériquement différents essais de fatigue en utilisant les paramètres intrinsèques du matériau. La première partie de la thèse est consacrée à la réalisation des essais de fatigue en flexion sur poutre console et en flexion 4 points sur un sable bitume 0/2. Les analyses des champs cinématiques obtenus par corrélation d'images numériques et des champs thermiques obtenus par thermographie infrarouge ont permis d'améliorer la compréhension de la phénoménologie au cours des essais ainsi que l'analyse des critères de fatigue proposés dans la littérature. Comme la fissuration et l'échauffement thermique sont les principaux phénomènes observés, une modélisation basée sur la fissuration et l'échauffement a été développée dans la deuxième partie. Elle intègre un comportement viscoélastique, un couplage thermomécanique en associant la loi de Paris. Cette modélisation permet de simuler les essais de fatigue en flexion sur poutre console et en flexion 4 points au moyen d'un même jeu de paramètres. Les résultats montrent un bon accord entre les simulations et les données expérimentales ainsi que la validation de l'influence du trajet de fissuration sur la dispersion des courbes de fatigue. Ces travaux fournissent ainsi une base pour la réinterprétation des essais de fatigue grâce à la simulation du passage d'un essai à un autre au moyen de paramètres intrinsèques au matériau.

Author: Amine Sbitti
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Languages : fr
Pages : 161

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Le travail de cette thèse porte sur la modélisation numérique de la propagation et l'arrêt de fissures 2D et 3D en fatigue thermique dans les circuits de refroidissement des réacteurs à l’arrêt (RRA) des centrales nucléaires.Plusieurs points sont abordés dans ce travail, tout d’abord nous avons mis au point dans le code éléments finis Code_Aster une stratégie afin de pouvoir simuler automatiquement la propagation et l’arrêt d’une fissure unique ou d’un réseau de fissures tridimensionnelles, sous chargement thermomécanique à amplitude et fréquence variables. Nous avons étudié également l’arrêt d’une fissure 2D et 3D (semi – elliptique) dans un tube de même géométrie que les circuits RRA et soumis à un chargement thermique sinusoïdal, l’objectif est de déterminer les paramètres du chargement thermique avec lesquels la fissure s’arrête. L’influence du réseau sur l’arrêt des fissures dans le cas 3D est aussi traitée, des simulations tridimensionnelles ont permis d'obtenir des informations sur la progression des fronts dans l'épaisseur. On propose ici de traiter la propagation et la coalescence par des modèles de forces cohésives. la dernière partie de ce travail traite le décollement d’un film mince sous chargement cyclique. En adoptant l’approche variationnlle de la fatigue, nous proposons d’étendre la construction des lois de fatigue limite pour des chargements cycliques d’amplitudes variables. On s’intéresse essentiellement à la propagation de fissure en mode I

Author: Panda Prasanta Kumar
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Languages : fr
Pages : 143

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Un nouveau dispositif de choc et de fatigue thermiques a été développé pour la caractérisation des céramiques. Il présente les avantages d'une montée en température rapide, la possibilité de mesurer la distribution de température de la zone chaude ainsi que de la zone périphérique de l'échantillon et d'une détection in situ de la rupture, toutes ces caractéristiques facilitant la modélisation. Les différents paramètres conditionnant la sévérité du choc thermique ont été étudiés. Nous avons ainsi montré que le flux de chaleur augmentait rapidement avec le flux d'hydrogène. La modélisation du choc thermique nous a permis d'étudier l'influence de différents paramètres relatifs aux matériaux. Le module élastique et le coefficient de dilatation thermique jouent un rôle direct, alors que le coefficient de Poisson affecte peu le champ de contrainte. Comme le modèle est basé sur la connaissance du champ de température en surface de l'échantillon, la valeur de conductivité thermique est inutile pour le calcul de la contrainte maximale. Le choc thermique a été étudié en utilisant différents échantillons de céramiques : alumine, nitrure de silicium, carbure de silicium et cordiérite. On constate que les contraintes thermiques calculées à partir de la mesure de ΔTc, sont comprises entre 60 et 70% des contraintes à rupture. Plusieurs raisons peuvent être invoquées pour expliquer un tel écart : la contrainte thermique maximale de tension est développée à la périphérie de l'échantillon (coté zone chaude) sur une couronne circulaire de 4 à 6 mm de largeur, l'arête de l'échantillon est donc comprise dans cette zone. De plus la surface et le volume sollicités sont donc supérieurs à ce qu'ils sont sur les éprouvettes de mesure de résistance par flexion. La distribution de température à la surface est délicate à mesurer précisément, puisqu'on doit notamment le faire en plusieurs essais. D'autre part l'émissivité de certains matériaux comme le nitrure peut évoluer au cours de ces différents essais. Pour résoudre les difficultés rencontrées, différentes améliorations peuvent être envisagées. On pourrait modifier le champ de contrainte pour que la Contrainte maximale soi t loin des angles de l'échantillon. Ceci pourrait être réalisé en fixant de façon rigide l'échantillon sur le support de cuivre. Les problèmes de mesures de température pourraient être simplifiés en permettant une mesure globale de la distribution instantanée, par exemple à l'aide d'une caméra I.R., ou d'un dispositif de balayage. Enfin, pour valider plus finement Je dispositif et l'ana lyse, il serait nécessaire de tester des matériaux sur lesquels l'ensemble des propriétés physiques et mécaniques sciaient connues en fonction de la température.

Author: Tieying Wu
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Languages : fr
Pages : 108

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Dans le cadre de cette thèse, nos efforts se sont portés, pendant trois ans, sur quatre objectifs: 1) calcul du facteur d'intensité de contraintes en fatigue vibratoire à température ambiante et à haute température par la méthode des éléments finis; 2) essais et analyses de fissuration à température ambiante et a haute température en fatigue vibratoire et en fatigue conventionnelle; 3) pilotage de la machine d'essai par un micro-ordinateur IBM ps/2; 4) conception et réalisation d'un nouveau système d'essai pour la superposition de la fatigue vibratoire a une charge moyenne non nulle. Les études en fatigue vibratoire nous permettent de tirer les conclusions suivantes: en fatigue vibratoire, le calcul du facteur d'intensité de contraintes est caractérisé par l'amplitude de vibration, non par la contrainte nominale. En fatigue vibratoire, l'effet de la fermeture de la fissure est plus faible qu'en fatigue conventionnelle grâce à la relaxation des contraintes résiduelles en tête de fissure. Dans nos études, la fréquence de sollicitation est très importante 20 kHz, mais elle ne provoque pas une chaleur telle qu'un changement de la vitesse de propagation de la fissure soit observé. Le mécanisme de fissuration en fatigue vibratoire est semblable a celui de la fatigue conventionnelle. à haute température, l'oxydation peut ralentir la propagation d'une fissure au voisinage du seuil a une charge faible quand la température est assez élevée

Author: Nader Haddar (Ingénieur).)
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Languages : fr
Pages : 277

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