Etude expérimentale et prédiction des conditions d'amorçage des fissures dans un assemblage rotor soumis à des chargements de fretting fatigue

• Auteur / Autrice : Stéphane Heredia
• Direction : Siegfried Fouvry, Bruno Berthel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 01/06/2012
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Baietto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Nowell, Henry Proudhon, Yves Nadot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Robbe-Valloire, Éric Charkaluk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titane -- Alliages

Matériaux -- Fissuration

Frottement

Mots clés libres

Fretting fatigue

Ti-10V-2Fe-3Al

Amorçage des fissures

Critère

Fretting fatigue

Ti-10V-2Fe-3Al

Crack nucleation

Criterion

Résumé

Les endommagements sous chargement de fretting fatigue sont un enjeu majeur dans le domaine aéronautique. Cette sollicitation induit de forts taux d’abattement comparée à une sollicitation simple de fatigue multiaxiale. Une démarche basée sur des essais expérimentaux et le développement d’un moyen de calcul est proposée dans ce travail. De nombreux essais expérimentaux de fretting fatigue sont réalisés. Plusieurs configurations sont proposées, en faisant varier la géométrie du contre-corps, de façon à mettre en évidence un effet du gradient des contraintes sous le contact. Ces essais permettent de quantifier le seuil d’amorçage de la fissuration à 106 cycles. A partir de ces données, regroupées dans des cartes de fretting fatigue, un critère numérique est alors développé pour prédire les conditions d’amorçage à 106 cycles. Cette approche se base sur une analyse de la contrainte maximale principale à une certaine « distance critique » de la surface et inclut une fonction de poids dépendante du gradient des contraintes sous le contact.L’application industrielle est très intéressante puisque le critère prédit correctement le site d’amorçage de la fissuration et renseigne sur le risque d’amorçage à 106 cycles. Ces résultats ouvrent des perspectives très intéressantes pour mettre en œuvre cette méthodologie lors du dimensionnement des structures.

Fretting fatigue cracking response of a Ti-10V-2Fe-3Al titanium alloy was investigated in high cycle fatigue. Tests were conducted in a plain cylinder on plane configuration and partial slip condition was considered. In this study, a dual-actuator fretting fatigue machine is used which permits to separate both fretting and the fatigue loadings. In this configuration, crack initiation boundary was experimentally built in a fatigue loading – fretting loading, named Fretting Fatigue Map.Experimental results show that the addition and the increase of a fatigue loading involves in a drop of the tangential threshold for crack nucleation compared to fretting loading. As expected, the increase of the fatigue loading induces an increase of the crack velocity after nucleation but induces also an earlier nucleation. Crack initiation and propagation are both influenced by the two loadings. Based on these results, a numerical approach was finally proposed to predict the crack nucleation in fretting fatigue conditions. This criterion considers the maximal principal stress at a “critical distance” and includes a function which is stress gradient dependent.The proposed criterion is finally tested on two industrial applications. Results are very interesting because crack nucleation sites are well localised and values given by the criterion are consistent with experimental observations.