Etude expérimentale et numérique des contraintes résiduelles dans des structures à double gradient de contraintes

par Afaf Maras

Thèse de doctorat en Systèmes mécaniques et matériaux

Sous la direction de Guillaume Montay et de Emmanuelle Rouhaud.

Soutenue en 2010

à Troyes .


  • Résumé

    La connaissance des contraintes résiduelles permet de mieux prédire l’évolution des performances d’une structure, ainsi que sa durée de vie. Nous présentons dans cette étude une nouvelle méthode de détermination des contraintes résiduelles. Cette méthode s’applique particulièrement à des structures présentant un gradient de contraintes non seulement en profondeur mais aussi en surface, comme dans les structures soudées. Le champ de contraintes internes est mécaniquement perturbé, en usinant une rainure de manière incrémentale. Cette rainure modifie l’équilibre mécanique de la structure dans deux directions. La structure s’auto-équilibre en induisant un nouvel état de contraintes, ce qui génère en surface des déplacements que nous mesurons par interférométrie de speckle. Le champ de déplacement mesuré expérimentalement est relié aux contraintes résiduelles par des coefficients de calibration calculés par la méthode des éléments finis. Une représentation en deux dimensions du champ de contraintes résiduelles est obtenue, en profondeur et le long de la rainure. Une utilisation de la méthode pour l’étude du grenaillage par ultrasons est présentée. Nous décrivons aussi une méthode d’introduction des contraintes résiduelles dans un code de calcul éléments finis. Cette méthode est appliquée au cas simple de l’éprouvette Almen, sa généralisation à des géométries plus complexes permettra à terme d’utiliser le champ de contraintes résiduelles comme conditions initiales pour la simulation numérique des structures

  • Titre traduit

    Expérimental and numerical study of residual stresses in structure with 2D stresses gradient


  • Résumé

    The knowledge of residual stresses allows a reliable prediction of the evolution of structure performances, and its service life. On this study, we present a new method for residual stresses determination. This method is applied particularly to structures that contain a stress gradient in depth and in surface, like it can be found in welded structures. The internal stress field is mechanically perturbed with the incremental machining of a groove. The mechanical equilibrium is modified in tow directions. A new state of stress is created in the structure when the stress field is mechanically disturbed. The structure finds a new equilibrium state generating displacements on the surface. These displacements are measured using the Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI). The measured displacements field is linked to residual stresses using calibration coefficients calculated with the element finite method. We obtain a representation of the residual stress field in two directions, in-depth and along groove. The utilization of this method for the study of ultrasonic shot-peening is presented. We present also a method for the introduction of a residual stress field in a finite elements model. This method is applied to an Almen strip, its generalization for complexe geometries will allow to use the residual stress field as an initial condition for ameliorated numerical simulations of structure

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 161-168

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  • Bibliothèque : Université de Technologie. Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE 10 MAR
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