Modélisation de l’extension de la durée de vie des structures fissurées après réparation par la technique de perçage

par Hao Wu

Thèse de doctorat en Mécanique

Soutenue le 09-12-2009

à Lille 1 en cotutelle avec Pontifícia universidade católica (Rio de Janeiro, Brésil) .


  • Résumé

    Le travail de cette thèse consiste à établir une modélisation analytique pour prédire la durée de vie des structures fissurées après une phase de réparation par élimination de la singularité de la fissure : technique de perçage ou du meulage. L’approche utilisée dans cette étude stipule que l’ensemble « fissure/trou » peut être modélisé par un défaut semi-elliptique. La prédiction de la durée de vie est basée sur une méthode permettant de déterminer le nombre de cycles correspondant à l’amorçage d’une fissure de fatigue basée sur un couplage des méthodes « e-N » à la théorie des fissures courtes en tenant compte de la sensibilité à l’entaille en fatigue. Trois méthodes différentes sont utilisées pour déterminer et comparer le facteur de concentration de contrainte élastique Kt : la méthode d’Inglis, la méthode de Creager-Paris et la méthode des éléments finis. Le facteur de concentration de contraintes en fatigue Kf est calculé en utilisant une approche analytique qui tient compte de l’effet de la présence d’une fissure courte en fond d’entaille. Les méthodes «e-N » utilisées dans cette étude sont Morrow élastique, Morrow élastoplastique et Smith Watson Topper. La modélisation analytique a été validée dans le cas d’une plaque en alliage d’aluminium 6082 T6, présentant une fissure de fatigue réparée par le perçage d’un trou dont le rayon est égale à : 1, 2.5 ou 3 mm. Par ailleurs, une application industrielle est traitée numériquement en 3D contenant une fissure ayant subi une réparation utilisant la technique de meulage. Il s’agit de la valve d’une centrale thermique soumise à un chargement thermomécanique. Pour tenir compte de l’effet de l’entaille et prédire la durée de vie à l’amorçage après la réparation, nous avons appliqué la méthode «e-N » couplée dont les paramètres ont été obtenus par la méthode des éléments finis.

  • Titre traduit

    Prediction of lifetime extension of the repaired fissured structures by the drilling technique


  • Résumé

    This thesis is devoted to establishing an analytical modeling to predict the lifetime of the fissured structures after a repair per elimination of the singularity of the crack: technique of drilling or grinding. The approaches used in this paper stipulate that the unit “crack/hole” can be modelled by a semi-elliptic defect. The prediction of determining the number of cycles which correspond to the restart of a fatigue crack is based on a coupling of the methods “e-N” and the theory of the short cracks. We have used three different methods to determine and compare the elastic stress concentration factor Kt, which are the method of Inglis, the method of Creager-Paris and the method of finite element. The stress concentration factor in fatigue Kf is calculated by using an analytical approach which takes account of the effect of the short crack in bottom of notch. The methods «e-N » used in this study are Morrow elastic, Morrow elastoplastic and Smith Watson Topper. Analytical modeling was validated in the case of a plate out of aluminium alloy 6082 T6, presenting a fatigue crack repaired by the drilling of a hole whose radii is equal to: 1,2.5 or 3 mm. In addition, an industrial application is treated numerically in 3D containing a crack which has been repaired by using the technique of grinding. This valve of a thermal plant subjected to a thermomechanical loading. To take account of the notch effect and to predict the lifetime of the valve, we applied the coupled method «e-N » whose parameters were obtained by the finite element method.


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