Fissuration par fatigue en plasticité généralisée sous chargement thermo-mécanique

par Wen Zhang

Thèse de doctorat en Mécanique des solides

Sous la direction de Sylvie Pommier.

Le président du jury était Gilbert Hénaff.

Le jury était composé de Sylvie Pommier, Gilbert Hénaff, Franck Morel, Thierry Palin-Luc, Véronique Doquet.

Les rapporteurs étaient Franck Morel, Thierry Palin-Luc.


  • Résumé

    La thèse porte sur la propagation de fissures de fatigue sous conditions de plasticité cyclique généralisée en Mode I dans l’acier 316L. Un modèle incrémental de fissuration est proposé. Deux types d’essais de fatigue en plasticité généralisée ont été réalisés pour identifier et valider le modèle, un essai sous chargement mécanique cyclique et un essai de fatigue thermique. Pour les deux catégories d'essais, les examens des surface de rupture ont permis de vérifier que le mécanisme de propagation des fissures était analogue à celui observé en conditions de plasticité confinée.Une étude numérique par éléments finis a permis de montrer que :- Les champs de vitesses au voisinage du front de la fissure peuvent être représentés de manière approchée par une somme trois produits d'un facteur d'intensité, utilisé comme degré de liberté du problème, et d'un champ spatial de référence défini a priori. cette thèse a permis d'ajouter aux deux composantes élastiques et de plasticité confinée, un troisième champ permettant d'étendre la représentation à la plasticité généralisée.- L’unique moteur de la propagation de la fissure est l’émoussement plastique de la fissure que l’on peut associer au facteur d’intensité du champ de plasticité confiné.- Il est possible d’exprimer l’évolution de l’émoussement plastique à partir du chargement appliqué et de quelques variables internes, en plasticité confinée, comme sous conditions de plasticité généralisée.Un modèle incrémental de fissuration par fatigue en conditions de plasticité généralisée a été proposé puis identifié à partir des essais de propagation sous chargement mécanique.Ce modèle a ensuite été utilisé pour interpréter un essai de propagation en condition de plasticité généralisée sous chargement cyclique thermique.

  • Titre traduit

    Fatigue crack growth in large scale yielding condition


  • Résumé

    This thesis focuses on the propagation of fatigue cracks in large scale yielding conditions in Mode I in the 316L stainless steel. An incremental model is proposed for fatigue crack growth. Two types of fatigue tests in large scale yielding conditions were conducted to identify and validate the model, a cyclic mechanical loading test, develped specifically for this project, and a thermal fatigue test (PACIFIC). For both tests, the observations of the fracture surface have shown that the crack propagation mechanism is similar to that observed in small scale yielding conditions.A finite element analysis has shown that:- The velocity field in the crack front region may be approximated by a sum of three products of an intensity factor, used as a degree of freedom for the problem, and a spatial reference field, defined once for all. This thesis has added a third field, dedicated to capture large scale yielding contribution, to the two existing terms for elastic and small scale yield contributions.- The sole mechnism for fatigue crack propagation is plastic blunting at crack tip which can be associated to the intensity factor of the small scale yielding field.- It is possible to express the evolution of plastic blunting from the applied loading scheme and a set of internal variables, in small scale yielding conditions as well as under large scale yielding conditions.An incremental model was proposed to predict fatigue crack growth in large scale yielding conditions and identified using fatigue tests under mechanical loadings.This model was then used to interpret a crack propagation test in thermal fatigue conditions on the PACIFC set up.


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