Etude et modélisation par éléments finis du galetage de précontrainte appliqué à une structure aéronautique en alliage d'aluminium

par Christian Villard

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Génie civil

Sous la direction de Etienne Zeller.

Soutenue en 1996

à l'Université Robert Schuman (Strasbourg) .


  • Résumé

    Pour améliorer la tenue en fatigue des pièces aéronautiques en alliage d'aluminium, nous disposons de traitements mécaniques de mise en compression des surfaces. Le grenaillage de précontraintes est le traitement le plus connu et le plus répandu. L'expérience montre que le traitement par galetage de précontrainte permet d'assurer tout à la fois un meilleur état géométrique de surface et une meilleure résistance en fatigue que le grenaillage. La rupture par fatigue étant la principale cause d'avaries des roues d'avions en service, nous avons choisi de développer le galetage de précontrainte sur ce type de pièce. Apres avoir adapté le procédé de galetage aux demi-roues, nous proposons un modèle éléments finis qui permet de prévoir le champ de contraintes résiduelles. Les résultats sont comparés aux mesures expérimentales effectuées par les méthodes du trou incrementale et de diffraction des rayons X. Un second modèle numérique permet de tirer parti de ces résultats et de prévoir les zones d'amorçage des fissures de fatigue, et la relaxation mécanique des contraintes résiduelles. Ce deuxième modèle est validé par des essais de fatigue. Pour essayer de comprendre les mécanismes physiques mis en jeu lors du galetage, nous complétons l'étude par des investigations métallurgiques. Enfin, nous terminons par une caractérisation comparative des surfaces usinées par tournage, grenaillées et galetées.

  • Titre traduit

    Analysis and finite element modelling of compressive stress-inducing roll burnishing applied to an aluminium aircraft structure


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Compressive stress-inducing mechanical surface treatments are known to improve fatigue life of aeronautical parts made of aluminium alloy. Among them, shot peening is the best known and the most widespread. Experience has demonstrated that stress rolling provides a better surface finish and further fatigue improvement than shot peening does. Fatigue being the primary failure mode of aircraft wheels, we have chosen to develop stress rolling on this type of parts. After having adapted stress rolling to wheels halves, we propose a finite element analysis able to predict the field of residual stresses. Computation results are compared with experimental measurements using in the incremental hole driling technique and X-ray diffraction method. A second numerical model uses these results to predict the location of potential fatigue cracks, as well as quantify the effects of mechanical relaxation on residual stresses. This second model has been correlated with fatigue tests results. In order to understand the mechanics of stress rolling, we complete this study by metallurgical investigations. Finally, we conclude with a comparative characterization of lathe-turned, shot-peened and stress rolled surfaces.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle
  • Annexes : 98 réf.

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