Experimentation et modélisation à deux échelle de l´endommagement en fatigue non proportionnelle et quasi-aléatoire.

par Estarle roberto Campos

Projet de thèse en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Rodrigue Desmorat.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec l'Université de Brasília - UnB , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec LMT - Laboratoire de mécanique et de technologie (laboratoire) et de Ecole normale supérieure Paris-Saclay (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-09-2015 .


  • Résumé

    Chargements complexes sont fréquemment trouvé dans la fatigue. Le absence de modèles capables de bien modéliser la fatigue aléatoire, les chargements appliqués son usuellement simplifiés, fait périodique, ou périodique par bloques, avec la difficulté aussi de quantifier de erreurs fait. Tels difficultés deviennent encore plus important quand les chargements sont multiaxiaux, non-proportionnelles ou anisothermes. La Mécanique du Endommagement Continu (Continuum Damage Mechanics en Anglais) [Lemaitre and Chaboche 1991, Lemaitre 1992, Chaboche et al 2006, Malcher and Mamiya, 2014] est un puissant outil pour modéliser les cases complexes de fatigue, au moins jusqu'à le amorçage de fissure. Les lois cinétiques (évolutions) du endommagement calculer le incrément du dommage peur cycle simplement par une intégration au cour du cycle, si le chargement est périodique, ou sur tout chargement si non. Le effet de la contraint moyenne dans le HCF, bien connu et souvent bien représenté dans les cas uniaxial pour la règle linéaire de Goodman et Soderberg, devient peu complexe dans les cas multiaxiaux. Critères comment celle de Sines et Crossland ne peuvent pas décrire la complet gamme de triaxialité ni manier les chargements non- proportionnelles proprement, [Bonnant et al 2009] . Le effet du troisième invariant est une important élasto-plastique paramétrer que nécessite être comptabilisés das la lois de flux plastique pour matériaux inconventionnels (alliages de aluminium ,alliages de titane, entre autres ). Dans ce sens, avancé surfaces pour le limite d'élasticité ont été incorporé [Bai et Wierzbicki 2008, Gao 2011]. En ce qui concerne la non-proportionnelle chargement cyclique et le écrouissage cinématique, une loi opportune d'évolution ont été étudiés et incorporés [Chaboche 1991, Jiang, 1993, Döring et al, 2003]. Le étudie de modèles de plasticité et endommagement avancés sont entre les plus important sujets dans le projets de développement du secteur aérospatial, alors cette formulations peut être appliqué dans le perfectionnement de projets structurales, et contribuer pour la réduction du poids sans se perdre la efficacité, la optimisation de la forme de composants, développement de nouveaux matériaux, accroître la sécurité e la efficacité de les projet. Dernier, outils numériques sont nécessaires comment une description cinématique du endommagement de fatigue accouplé avec plasticité,soit à l'échelle du volume élémentaire représentatif (VER ou méso) ou à une micro-échelle, peut se révéler fastidieux. 1. Objectifs Le sujet générale de cette propose de recherche est développer un modèle de endommagement en dues échelles valable en fatigue non-proportionnelle et (quasi-) aléatoire. Plus spécifiquement , les objectives sont: • Développer et implémenter un modèle de plasticité basé en la loi de Chaboche pour le écrouissage cinématique et domaine elásto-plastique avancé. • Développer un modèle de endommagement à deux échelles basé en une loi de évolution avancé e capable de déterminer les conditionnes pour l'amorçage de fissures en fatigue multiaxial aléatoire, comme un post-processeur de calculs élastique ou élasto-plastique; • Réaliser une validation du modèle proposé à travers de testes de fatigue en tension-torsion, sur diffèrent contraintes moyennes, in proportionnelle et non proportionnelle cas, le deux en régimes de fatigue polycyclique et oligocycle.

  • Titre traduit

    Testing and two scale damage modeling of non proportional and quasi-random fatigue


  • Résumé

    Complex loadings are often encountered in fatigue. Due to the lack of models able to handle random fatigue the applied loadings are usually simplified, made periodic or periodic by blocks, with the difficulty then to appreciate the errors made. The difficulties become most important when the loadings are multiaxial, non-proportional or anisothermal. Continuum Damage Mechanics [Lemaitre and Chaboche 1991, Lemaitre 1992, Chaboche et al 2006, Malcher and Mamiya, 2014] is a powerfull tool to model complex fatigue, at least up to crack initiation. Kinetic (evolution) damage laws simply need to be time integrated to calculate the damage increment per cycle if the loading is periodic or over the whole loading if not. The mean stress effect in HCF, well known and often well represented in uniaxial by Goodman and Soderberg linear rules, becomes quiet complex in multiaxial [Bonnant et al 2009] as Sines and Crossland criteria cannot describe the full triaxiality range nor properly handle non-proportional loadings. The third invariant effect is an important elasto-plastic parameter that needs to be accounted in the plastic flow rule for unconventional material (aluminum alloy, titanium alloy, among of others). In this sense, advanced yield surfaces have been incorporated [Bai and Wierzbicki 2008, Gao 2011]. Regarding non-proportional cyclic loading and kinematic hardening a convenient evolution law have been studied and incorporated [Chaboche 1991, Jiang, 1993, Döring et al 2003]. The study of advanced models of plasticity and damage are among the most important issues in development projects in the aerospace sector, as these formulations can be applied structural improvement projects, contributing to weight reduction without loss of efficiency, optimization form components, development of new materials, increase the safety and efficiency designs, among others. These combined factors can promote development, for example, rocket weighing less own, fuel economy during the launch of satellites and other cargo to space and components with longer service life. Last, numerical tools are needed as a kinetic description of fatigue damage coupled with plasticity, either at the Representative Volume Element (RVE or meso-) scale or at a micro-scale, may prove time consuming. 1. Aim The general aim of this research proposal is to develop a two scale damage model valid in non-proportional (quasi-)random fatigue. More specifically, the goals are: • Develop and implement a plasticity model based on Chaboche kinematic hardening rule and an advanced elasto-plastic domain. • Develop a two scale damage model based on advanced evolution law and able to determine the crack initiation conditions in multiaxial random fatigue, as a post-processor of elastic or elasto-plastic computations; • Validate the proposed model by fatigue testing campain at different mean stresses, in proportional and non proportional cases, in the both the high cycle and the low cycle fatigue regimes.