Fatigue multiaxiale des structures industrielles sous chargement quelconque

= Multiaxial fatigue of industrial structures under any kind of loading

• Auteur / Autrice : Bastien Weber
• Direction : Maurice Boivin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMSo - Laboratoire de Mécanique des Solides, EA 675 (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Éléments finis, Méthode des

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Matériaux -- Fatigue

Résumé

Le travail présenté traite de la fatigue multiaxiale. Il a pour but l'estimation de la durée de vie de structures industrielles soumises à tout type de chargement, du cas le plus simple, uniaxial et périodique, au cas le plus général et le plus complexe, multiaxial et à amplitude variable. La première partie présente une analyse, à partir d'une recherche bibliographique, des critères de fatigue multiaxiaux en contraintes. Elle regroupe 37 critères classés en trois familles : les critères empiriques, ceux de type plan critique et ceux d'approche globale. 24 critères ont été validés à l'aide d'une banque de données constituée de 233 essais de fatigue multiaxiaux tirés eux aussi de la littérature. La deuxième partie traite de la prise en compte de l'effet du gradient de contrainte dans les critères de fatigue multiaxiaux. Basée sur une proposition existante, l'introduction de l'effet du gradient dans les deux critères du LMSo est réalisée. Ces critères sont validés sur des essais multiaxiaux de flexion-torsion. Une méthode est proposée pour estimer le gradient de contrainte en tout point d'une structure complexe calculée par éléments finis dans le but de pouvoir appliquer ces critères avec gradient au cas des structures industrielles. La dernière partie concerne les évolutions et la validation de la méthode en contraintes d'estimation de durée de vie en fatigue multiaxiale d'amplitude variable proposée par le LMSo. Une première évolution de la méthode est établie. Elle est basée sur le principe du calcul et du cumul de dommage par plan physique. L'étude de l'influence de la variable de comptage, qui permet l'identification et l'extraction des cycles de contraintes de la séquence multiaxiale, aboutit à une seconde évolution, qui permet de s'affranchir du problème du choix de la variable de comptage. Elle réalise, plan par plan, le comptage des cycles, le calcul puis le cumul du dommage. Ces évolutions nécessitent d'utiliser un critère de type plan critique. L'ensemble des travaux est réuni et intégré sous la forme d'un logiciel industriel, Sollife, qui permet de modéliser le comportement en fatigue de structures complexes. Deux exemples industriels valident le logiciel. Les résultats obtenus sont encourageants. Ils montrent l'importance des effets de mise en forme et ouvrent de nombreuses perspectives.

The work of thesis deals with multiaxial fatigue. Its purpose is the fatigue life assessment of industrial structures submitted to any kind of solicitations, from the most basic case, which is uniaxial and periodical, to the most general one, which is multiaxial and of variable amplitude. The first part is dedicated to the study of multiaxial fatigue stress-based criteria. 37 criteria issued from the literature are analysed. They are divided into empirical, critical plane and global approaches. 24 criteria are validated through 233 multiaxial fatigue tests issued also from the literature. The second part aims at taking into account the stress gradient effect within the multiaxial criteria formulation. Similarly to some recent work, the stress gradient effect is introduced within the Laboratory's criteria. These propositions are validated through combined bending-torsion tests. A proposition is made to calculate the stress gradient field from finite elements results obtained over any complex industrial structure. The third part describes the evolution of the Laboratory's fatigue life prediction method under multiaxial random loading. The first step presents a plane per plane damage accumulation. The fatigue damage is calculated and cumulated on physical planes. The second step shows the influence of the so-called counting variable on the fatigue life prediction results, and leads to a new concept: the cycle counting and the damage assessment are performed plane per plane. This procedure avoids the dependence of the choice of the counting on the life assessments. A critical plane approach criterion is required for these latter methods. This work is integrated to an industrial software called Sollife allows one to simulate the fatigue behaviour of any complex structure. The first results are in good assessment with experiments. They show the important effect of metal forming process (as stamping) and result in lots of perspectives.