Propagation de fissures de fatigue dans une géométrie de gorge de vilebrequin en présence de contraintes résiduelles de galetage

par Stéphan Courtin

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Catherine Gardin et de Gérard Bézine.

Soutenue en 2004

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) .

mots clés

• Rupture, Mécanique de la
• Éléments finis, Méthode des
• Aciers alliés -- Fissuration
• Effet d'entaille

Résumé

La présente étude porte sur l'influence du galetage sur la propagation de fissures de fatigue dans une gorge de vilebrequin. La réalisation d'essais interrompus destructifs a ainsi permis d'obtenir les cinétiques et les formes de fissuration au sein d'une éprouvette approchant la géométrie du vilebrequin. L'aspect bénéfique du procédé sur la tenue en fatigue, tant en amorçage qu'en propagation, a bien été confirmé. Un arrêt de la fissuration a même pu être observé. Ces mécanismes sont, sans doute, à mettre en relation avec les contraintes de compression introduites et le phénomène de fermeture qu'elles induisent. Parallèlement, une méthode numérique prédictive de la fissuration dans les pièces galetées a également été mise en œuvre et donne des résultats satisfaisants. Celle-ci s'appuie sur une procédure itérative du calcul du facteur d'intensité de contraintes par éléments finis au cours d'analyses élastiques sur des modèles possédant initialement le champ de contraintes du galetage. Un recalage vis-à-vis des phénomènes de fermeture opérant effectivement au cours des essais se révèle, néanmoins, nécessaire. La méthode proposée et l'analyse expérimentale développée semblent, toutes deux, pouvoir être étendues au cas du vilebrequin.

Titre traduit

Fatigue crack propagation in a geometry of a crankshaft fillet in the presence of roller burnishing residual stresses

Résumé

The present study deals with the influence of roller burnishing on fatigue crack propagation in the fillet of a crankshaft. Destructive tests have enabled to obtain crack kinetics and shapes in a specimen close to the geometry of the crankshaft. Beneficial effect of roller burnishing has been confirmed on both crack initiation and propagation. Some cracks have even been stopped. These mechanisms are likely to be linked to compressive residual stresses introduced and induced crack closure. At the same time, a numerical predictive method of the crack propagation in roller burnished specimens has also been implemented and gives good results. It is based on a step-by-step process of stress intensity factors calculations by elastic finite element analyses on models with an initial roller burnishing stress field. A numerical modification concerning experimental crack closure has nevertheless to be considered. The proposed method and the developed experimental discussion seem to be possibly extended to the case of the crankshaft.