Sur une approche pragmatique de l'endommagement anisotrope par fatigue basée sur un critère de fatigue et ses gradients

A pragmatic anisotropic damage fatigue model based on a failure criterion and its gradients

• Auteur / Autrice : Asma Manai
• Direction : Abdelwahed Ben Hamida
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 10/02/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Dumontet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hedi Hassis, Jamel Neji
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raouf Fathallah, Khémais Saanouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Matériaux -- Fatigue

Mots clés libres

Courbe de Wöhler

Critère de fatigue

Gradients des contraintes

Endommagement

Multiaxial

Fatigue

S-N curve

Fatigue damage

Fatigue criteria

Résumé

Cette thèse traite d’une approche pragmatique de l'endommagement par fatigue des structures sous un chargement cyclique. Un modèle anisotrope de dommage par fatigue a été développé. L'évolution de la dégradation des propriétés du matériau dépend d’un critère de fatigue (choisi) et de ses gradients. La dégradation du matériau anisotrope guidera la propagation des dommages. La propagation des dommages dépend principalement des crêtes de la «surface» du critère (gradients zéro). L'approche proposée décrit l'amorçage, la propagation des dommages et la rupture structurale sous un chargement multiaxial en fatigue. Pour chaque élément fini, des distributions anisotropes non homogènes des propriétés du matériau sont associées. Schématiquement, il apparaît comme un «surfer» matériel sur la «surface» du critère et les dommages suivent la crête de la «surface» du critère (niveau et gradient). Un critère d'approche globale, basé sur des invariants du tenseur des contraintes, est adopté. La réduction des propriétés des matériaux est affectée à un certain nombre de cycles et à un niveau global de contraintes, en utilisant une courbe de Wöhler expérimentale. Deux formes simplifiées du modèle sont proposées et les résultats sont comparés avec un exemple de référence expérimental (plaque cruciforme) et un cas industriel (pale d’une éolienne d’EDF). Une cartographie avec le critère de Dang Van est également calculée pour analyser les résultats numériques.

A new practical engineering methodology for the analysis of structures under cyclic loading is proposed in this work . A new anisotropic fatigue damage model is developed. The evolution of material properties degradation depends on a failure criterion and its gradient. The anisotropic material degradation will guide the damage propagation. The propagation of damage is mainly depending on the ridges of the criterion’s « surface » (zero gradients). The proposed approach can describe the initiation and propagation of the damage until the structural failure under fatigue loading. For each finite element, non-homogeneous anisotropic distributions of material properties are associated. Schematically, it seems like a material « surfing » on the criterion’s « surface » and damages follow the crest of the criterion’s « surface » (level and gradient). A global approach criterion, based on invariants of the stress tensor, is adopted. The reduction of material properties is assigned to a number of cycles and a global level of stresses, using an experimental Wöhler curve. Two simplified forms of the model are proposed and results are compared with a cruciform experimental reference example and an industrial case. A mapping with Dang Van criterion is also computed to analyze the numerical results.