Etude du comportement en fatigue des fissures semi-elliptiques : application aux plaques en flexion et aux tubes sous pression interne

par Taoufik Boukharouba

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Guy Pluvinage.

Soutenue en 1995

à Metz .


  • Résumé

    La propagation en fatigue d'une fissure, à partir d'un défaut initial en surface présent dans une structure tridimensionnelle chargée mécaniquement, est caractérisée par le fait que le défaut prend une forme semi-elliptique qui évolue au cours du temps. La sécurité des constructions et notamment celle des réservoirs sous pression interne nécessite de connaitre l'évolution de ce défaut au cours du chargement cyclique. Les concepts de sécurité, comme celui de fuite avant rupture, utilisent à la fois la profondeur et la forme du défaut elliptique au cours de la fissuration et nécessitent donc la connaissance de la loi de propagation. Cette évolution complexe est le plus souvent considérée comme régie par des approches basées toutes sur l'hypothèse que la propagation d'une fissure est sensible au gradient de contraintes et donc gouvernée par le facteur d'intensité de contraintes. Trois approches sont utilisées successivement, locale, globale et semi-locale. Par le biais des résultats des essais de fissuration et des calculs aux éléments finis nous avons examiné en même temps la valeur et l'évolution du facteur d'intensité de contraintes tout le long du front de fissuration initial de forme semi-elliptique, contenu dans une plaque en flexion trois points et dans un tube sous pression interne. Le calcul a été fait à partir des mesures réelles du front de fissure sur tube et sur plaque pour différentes conditions de géométrie a/c et a/b. Apres quoi nous avons utilisé ces résultats pour déterminer les paramètres de fissuration mi et Ci de la loi de paris. Ces coefficients sont relatifs à la solution de la fissure semi-elliptique au point le plus profond et en surface et pour deux rapports de charge R = 0,1 et 0,3 dans le cas d'une plaque (R = 0,3 dans le cas d'un tube). Nos résultats ont montres une certaine divergence concernant à la fois la valeur et l'évolution du facteur d'intensité de contraintes, notamment par rapport à ceux dépouillés par la solution de newman & raju et cruse & besuner. Cette divergence est du à notre avis à la densité et aux types de maillage utilise. Nos résultats sont une contribution au problème de la propagation des fissures de fatigue semi-elliptiques qui selon nous est encore actuellement un problème ouvert

  • Titre traduit

    Behaviour of semi-elliptical cracks : application to plates subjected to cyclic bending and to cylindricals pressure vessels


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The propagation of a fatigue crack emanating from an initial surface defect in a three dimensionnal mechanically loaded structure is characterized by the fact that the defect takes an elliptical shape which evolutes with the time. The safety of constructions and, particulary of pressure vessels, implies to know the the evolution of this defect with the cyclic loading. The safety concepts, such as "leak before break", use the depth and shape of the elliptical defect and need the knowledge of the propagation law. This evolution is often complex and is considered as governed by various approaches all based on the assumption that the propagation of a crack is sensitive to stress gradient and, then, governed by the stress intensity factor. Three approaches will be considered, local, global and semi-local. Results from crack propagation experiments and finite elements calculations have been analysed in terms of stress intensity factor evolution along the semi-elliptical crack front. These analysis were made on plates and tubes, for various a/c and a/B ratios. Our results have been used to determine the crack propagatio parameters mi and Ci of the Paris' law. These coefficients are related to the solution for a semi-elliptical crack at the deepest point and on surface and for two loading ratios (R=0. 1 and R=0. 3 for a plate, R=0. 3 for a tube). These results have shown that is some discrepancy for both the value and the evolution of the stress intensity factor, with respect to those obtained with the method given by Newmann and Raju or Cruse and Besuner. This discrepancy is due to the density and the kind of meshing used. Our results are a contribution to the no-solved problem of the propagation of semi-elliptical fatigue crack

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Informations

  • Détails : 1 vol. (114-[10] f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. [7] f.

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