Contribution à l’étude du cumul de dommage en fatigue multiaxiale

Contribution to the study of cumulative damage in multiaxial fatigue

• Auteur / Autrice : Chen Shen
• Direction : Noureddine Benseddiq, Abderrahim Talha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 19/12/2012
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages aluminium-magnésium-silicium

Métaux -- Essais

Modèles mathématiques

Métaux -- Fatigue

Mots clés libres

Cumul de dommage

Fatigue multiaxiale polycyclique

Lois de cumul d'endommagement

Résumé

Ce travail constitue une contribution à l’étude de l’effet du cumul de dommage en fatigue multiaxiale polycyclique des matériaux métalliques (l’alliage d’aluminium 6082T6). Généralement, cet effet peut être interprété par différentes approches des lois de cumul d’endommagement. En 2003, Mesmacque et Santos Garcia ont développé une nouvelle loi, damage stress model (DSM), en introduisant un nouvel indicateur non linéaire de dommage dans le cas de fatigue uniaxiale. Cet indicateur ne nécessite que la connaissance de la courbe de Wöhler et la résistance maximale du matériau. Le travail présenté ici constitue une extension du modèle DSM au cas de la fatigue multiaxiale. Cette extension est rendue possible par l’utilisation de critères de fatigue multiaxiale de Sines, DangVan et Robert à durée de vie limitée et par la mise en œuvre d’une méthode d’itération programmée sous Matlab fournissant les indicateurs de dommage. Elle ne nécessite aucun paramètre supplémentaire mise à part la connaissance de la courbe de Wöhler uniaxiale. Les résultats des travaux expérimentaux en fatigue biaxiale, qui ont servi de support pour la validation de notre modèle ainsi que la comparaison avec le modèle de Miner, ont été obtenus grâce à la plateforme d’essais multiaxiaux à quatre vérins à implantations modulaires. Une base de données expérimentale est disponible pour chargement biaxiale effectués sur des éprouvettes cruciformes amincies au centre. Par ailleurs, une simulation numérique sous Abaqus a permis d’accéder au champ de déformation/contrainte au centre. Les résultats de cette simulation ont été corroborés à l’aide d’une éprouvette instrumentée par des jauges de déformation.

This work is a contribution to the study of the effect of cumulative damage in multiaxial high cycle fatigue in metallic materials (the aluminum alloy 6082T6). Generally, this effect can be interpreted by different cumulative damage models. In 2003, Mesmacque and Santos Garcia have developed a new damage stress model (DSM), introducing a novel nonlinear damage indicator in the case of uniaxial fatigue. This indicator requires previous knowledge of the Wohler curve and the ultimate tensile strength of the material. The work presented here is an extension of the DSM model to the case of multiaxial fatigue. This extension is made possible with the assumption of multiaxial fatigue criteria: global type (Sines) and critical plane type (Dang Van and Robert) under finite life regime and the implementation of an iteration method in Matlab programming, which provides damage indicators. In particular, it requires no additional parameters besides the uniaxial Wöhler curve, which makes it easy to use. The results of experimental biaxial fatigue tests were obtained with the aid of the multiaxial test platform of our laboratory (four-cylinder modular-implementations platform) and an original test mode based on “modal control”, providing ground for the validation of our model and its comparison against other most current models. An experimental database is available for constant-level and block fatigue loadings using cruciform specimens thinned in the center. In addition, a numerical simulation in Abaqus allowed the analysis of the strain/stress field in the center of the specimen. The simulation results were corroborated using a specimen instrumented with strain gages.