Etude de l'amorçage et de la propagation des fissures de fatigue dans les essieux-axes ferroviaires

par Valérie Gros

Thèse de doctorat en Mécanique et Matériaux

Sous la direction de Philippe Bompard.


  • Résumé

    Le but de la thèse est la détermination des durées de vie à l'amorçage et en propagation d'un essieu de TGV. Le matériau étudié est un acier de type xc38 à l'état normalisé. L’étude est orientée à la fois sur l'amorçage des fissures courtes en relation avec la microstructure, et sur la propagation des fissures longues. La cause principale d'amorçage des fissures sur les essieux provient des entailles créées, en service, par les chocs de ballast sur le corps de l'axe. Ces impacts à grande vitesse entrainent deux effets antagonistes : une concentration de contraintes en fond d'entaille (qui tend à accélérer l'amorçage) et un écrouissage du matériau accompagne d'un champ de contraintes résiduelles de compression (qui tend à retarder l'amorçage et ralentir la propagation). La démarche suivie pour étudier les différentes phases de la durée de vie d'un essieu, et pour déterminer lequel des ces deux effets est prépondérant, débute par une compréhension des mécanismes d'amorçage des fissures sur des surfaces exemptes de défauts afin d'obtenir un modèle de référence. La limite entre les fissures dites courtes et les fissures longues est ainsi mise en évidence. La phase de propagation des fissures longues ainsi que le rôle des cycles en compression sur la vitesse de propagation ont également été étudiés. Des mesures et des simulations numériques de l'ouverture des fissures ont permis de proposer un modèle capable d'évaluer la durée de vie des essieux. Par la suite, le rôle d'une entaille, due à un choc, sur la fissuration d'un essieu a été étudié expérimentalement et numériquement. Nous avons distingué l'effet sur la fissuration, de la concentration de contrainte (éprouvettes entaillées par électro-érosion), par rapport au rôle des contraintes résiduelles (éprouvettes entaillées par choc simulé). De plus, le champ de contrainte sous une entaille créée par un choc de ballast, ainsi que la redistribution des contraintes lors du cyclane en fatigue ont été déterminés par des calculs éléments-finis, et correspondent assez bien aux mesures effectuées par diffraction des neutrons.


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  • Détails : 1 vol. (pagination multiple [221] p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 95 ref.

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