Amorçage de fissure de fatigue dans un joint soudé de type naval : étude expérimentale et numérique

par Nicolas Lautrou

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Jean-Yves Cognard.

Soutenue en 2007

à l'Université de Bretagne occidentale , en partenariat avec Laboratoire de mécanique des structures navales (Brest) (laboratoire) , Naval Group (entreprise) et de École nationale supérieure des ingénieurs des études et techniques d'armement (autre partenaire) .

mots clés

• Amorçage de fissure de fatigue
• Joints soudés
• Adaptation élastique
• Endommagement
• Fatigue crack initiation
• Welded joints
• Elastic shakedown
• Damage
• Abaqus (logiciel)
• Matériaux -- Fatigue -- Thèses et écrits académiques
• Matériaux -- Fissuration -- Thèses et écrits académiques
• Élastoplasticité -- Modèles mathématiques -- Thèses et écrits académiques
• Construction en acier soudé -- Fissuration -- Thèses et écrits académiques
• Construction navale -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Ce travail porte sur l'étude du comportement en fatigue d'assemblages soudés en acier S355NL, représentatifs d'éléments de structures navales. L'objectif est de développer une méthodologie pour estimer la durée de vie à l'amorçage d'une fissure de fatigue pour ce type de structures. L'approche proposée se décompose en deux étapes. Premièrement, un calcul de structure par éléments finis permet d'obtenir les cycles contraintedéformation stabilisés en tout point de l'assemblage soudé pour un chargement d'amplitude constante ou variable. Ce calcul prend en compte le comportement élastoplastique du métal de base, une variation de la limite d'élasticité dans la soudure basée sur des mesures de dureté, la géométrie locale du pied de cordon mesurée sur des photos de profil des éprouvettes, et éventuellement la présence de contraintes résiduelles. Deuxièmement, dans le cas où une adaptation élastique rapide se produit, un post-traitement permet de calculer la durée de vie à l'amorçage d'une fissure de fatigue, par l'utilisation d'un modèle d'endommagement à deux échelles basé sur les travaux de Lemaitre et al. . Les paramètres matériaux de ce modèle ont été identifiés à partir de courbes d'endurance établies pour le métal de base. Pour valider l'approche proposée, des essais de fatigue en flexion quatre points ont été réalisés sur des éprouvettes soudées réalisées par DCNS. Pour compléter l'analyse, des mesures de contraintes résiduelles présentes dans les éprouvettes soudées ont été réalisées par diffraction de rayons X. Les comparaisons entre les durées de vie expérimentales et les durées de vie calculées sont encourageantes pour la campagne d'essais réalisée.

Titre traduit

Fatigue crack initiation in a naval welded joint : experimental and numerical study

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