Analyse des contraintes résiduelles générées lors du grenaillage : approches analytique, numérique et expérimentale des impacts de billes

par Choumad Ould Mohamed Mahmoud

Thèse de doctorat en Systèmes mécaniques et matériaux

Sous la direction de Manuel François et de Emmanuelle Rouhaud.

Soutenue en 2007

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) .

mots clés

• Contraintes résiduelles
• Rayons X -- Diffraction
• Grenaillage de précontrainte
• Éléments finis, Méthode des
• Écrouissage
• Impact

Résumé

Les contraintes résiduelles générées par grenaillage permettent d’augmenter la résistance de la pièce traitée à la fatigue et d’accroître sa durée de vie. Il est important de pouvoir prédire le profil des contraintes qu’un grenaillage donné permet d’obtenir car l’augmentation de la durée de vie en dépend. Pour ce fait, la modélisation numérique constitue depuis une vingtaine d’années une alternative à la démarche expérimentale très coûteuse. Les modèles EF proposés souffrent d’un manque de précision. En effet, une surestimation des contraintes est généralement constatée. Dans ce travail, nous étudions les effets de la prise en compte de l’écrouissage cinématique et deux du niveau de l’écrouissage sur la précision des modèles. Souhaitant évaluer l’apport en précision, nous avons utilisé la méthode de mesures des contraintes par diffraction des rayons X. Confronté aux contraintes particulières à l’impact en termes de dimension et de gradient de contraintes, nous avons réalisé une étude d’adaptation. Dans cette étude, une démarche permettant d’obtenir la distribution de l’intensité au siein du spot des rayons X a été réalisée, complétée par une méthode analytique permettant d’évaluer les modèles en prenant en compte la distribution et le gradient de contraintes. Il est pratique de pouvoir avoir rapidement une idée du profil de contraintes. Dans cet objectif, nous proposons un modèle analytique relativement simple permettant d’obtenir les contraintes résiduelles

Titre traduit

Analyze of residual stresses generated by shot-peening : analytical, numerical and experimental approaches of shot impacts

Résumé

The presence of the residual stresses generated by shot peening makes it possible to increase the fatigue strength of a treated component and to increase it operating life. It is important to be able to predict the profile of stresses that the realization of shot peening under given conditions. Indeed, numerical modelling has been for a few years an alternative to expensive measurements. The finite elements models proposed exhibit of a lack of precision. Indeed, an overestimate of the stresses is generally noted when compared with experimental evaluation. In this work we study the influence of a better description of the mechanical behaviour of the treated material on the relevance of the models, in particular the effects of kinematic hardening and those of the hardening parameters on the stress profile. To confront models with experiments, we used X-ray stress analysis. Confronted within this framework with the constraints particular to the impact in terms of dimension and of stress gradients, the method was adapted. In this study, a procedure to obtain the distribution of intensity within the X-ray spot was developed and implemented analytically, making it possible to compare the numerical and experimental results taking into account the distribution of the intensity and the gradient of stresses. It is often practical to have quickly good idea of the stress profile. For this, a relatively simple analytical model was proposed that allows to obtain the evolution of the residual stresses versus depth