Analyse de la propagation de fissure pour les alliages d'aluminium 2050

par Abderrahman Guelzim

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Vincent Maurel, Alain Koster et de Vincent Chiaruttini.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris) , en partenariat avec ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (laboratoire) , MAT-Microstructure, Mécanique, Expérimentation - MIMEX (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Contexte et enjeux : Les structures aéronautiques en aluminium (voilure, fuselage) sont dimensionnées par quelques propriétés-clefs, dont la fatigue. La prévision des durées de vie en fatigue est basée sur la tolérance au dommage qui implique de connaitre les vitesses de propagation de fissure pour l'ensemble des conditions de chargement. Or, l'estimation de la vitesse de bifurcation est rendue particulièrement difficile lorsque les fissures bifurquent. Cela entraîne l'emploi de marges de sécurité supplémentaires lors du design. L'objectif de cette étude est d'établir un modèle de propagation des fissures de fatigue en condition de sollicitation multiaxiale, de manière à prévoir et quantifier les bifurcations, et donc de profiter au mieux des hautes performances offertes par les alliages de dernière génération, en particulier les alliages aluminium-cuivre-lithium. Objectifs scientifiques : L'enjeu scientifique consiste à obtenir des mesures des conditions de bifurcations et de proposer des modèles robustes capables de prédire la bifurcation de fissure et la vitesse de propagation de ces fissures en fatigue multiaxiale. Approche et Méthodes : L'approche proposée est basée sur une analyse expérimentale approfondie des vitesses et des conditions de bifurcations. Les essais seront menés à la fois sur des éprouvettes de géométrie standard (CT) et des éprouvettes en croix pour tester l'influence de chargements multiaxiaux. De nouvelles géométries d'éprouvettes en croix permettant de traiter une large plage d'amplitude de sollicitation seront évaluées. Au cours de ces essais un des enjeux est de déterminer par mesure de champs de déplacement les conditions locales de fermeture. Les analyses des facies de rupture permettront d'évaluer les mécanismes de propagation de fissure en fonction de l'anisotropie et de la microstructure du matériau. Les modélisations seront basées sur des approches aux éléments finis utilisant les techniques de maillage conforme pour introduire les fissures simplifiées ou de morphologie réalistes obtenues à partir des facies. L'analyse des conditions de propagation de fissure et de bifurcation tirera partie de la mécanique linéaire de la rupture mais aussi d'une analyse approfondie du rôle de l'anisotropie du matériau dans les conditions de fermetures de fissure. Ce dernier point impliquera l'analyse de la plasticité locale ainsi que l'influence des conditions de contact entre lèvres de fissures.

  • Titre traduit

    Crack propagation analysis in Aluminium 2050 alloys


  • Résumé

    Context and challenges: Damage tolerance is needed for a wide range of industrial application of aeronautical Al-Alloys. For multiaxial loading and anisotropic material, crack bifurcation and fatigue crack growth rate is a challenging issue that should be addressed. Scientific objectives: This study aims at modelling crack bifurcation and crack growth rate in anisotropic Al-Alloys under multiaxial fatigue loading. Methodology: Experimental investigation of multiaxial fatigue crack growth and bifurcation will be analyzed. Design of new specimens will be achieved to obtain a wide range of loading condition. Special attention will be paid to local displacement measurement at the very crack type using digital image correlation technique. FEA using conform remeshing technic will used to analyze conditions of crack propagation using both simplified and realistic crack shape. A model will be proposed to handle with anisotropy impact on closure effect.