Simulation numérique multi-échelle de la propagation de fissures expérimentales tridimensionnelles sous chargement de fretting fatigue par la méthode des éléments finis étendus

= Three-dimensional multi-scale simulation of experimental fretting fatigue crack growth within the extended finite element method

• Auteur / Autrice : Emilien Pierres
• Direction : Marie-Christine Baietto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA2007-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Modélisation tridimensionnelle

Rupture, Mécanique de la

Résumé

La maîtrise des mécanismes de rupture dans les problèmes de fretting requiert une analyse pluridisciplinaire des différents phénomènes physiques couplés pour prendre en compte les effets globaux et locaux, les sollicitations multiaxiales non proportionnelles et les conditions de contact interfacial avec frottement. Un modèle tridimensionnel éléments finis étendus mufti-échelles dédié au contact avec frottement entre les faces de la fissure est proposé. Une formulation faible mixte à trois champs permet une définition intrinsèque de la fissure avec sa propre discrétisation indépendante du maillage de la structure. Un solveur stabilisé adapté de la méthode LATIN est implémenté. Les propriétés de stabilité et les performances du modèle sont illustrées dans plusieurs exemples bidimensionnels et tridimensionnels. Le modèle est validé par comparaison avec un code éléments finis industriel. Une stratégie mufti-modèles globale basée sur l'analyse expérimentale et la simulation numérique de la propagation des fissures est développée afin de prédire la durée de vie de composants en frelling fatigue. Des essais de fretting fatigue sont réalisés afin d'analyser l'amorçage et la propagation de fissures. Les sollicilatrons tribologiques au cours du cycle sont déterminées par la résolution du contact deux-corps. La prédiction du risque d'amorçage des fissures est conduite. Ces résultats sont utilisés comme données d'entrée pour la modélisation X-FEM des essais de frettlng bidimensionnels et tridimensionnels. La simulation de la propagation des fissures est réalisée à l'aide de critères de propagation multiaxiale non proportionnels et d'une loi de propagation expérimentale.

Fretting fatigue crack modelling in a predictive approach requires a multi-physical analysis of the numerous global and local affects such as the mufti-axial non proportional loading and the frictional contact conditions between the crack faces. A 30 multi-scale extended finite element model dedicated to frictional crack growth is developed. The use of a three-field weak formulation allows an intrinsic definition of the crack interface with its own discretization independent from the structure mesh. A stabilized solver based on the LATIN method is proposed. Two- dimensional and three-dimensional examples illustrate the stability and the performances of the model. It is validated using comparisons with an industrial finite element code. A global mufti-model strategy based on experimental and numerical crack analysis is proposed to predict fife time of components subjected to fretting fatigue. Fretting tests are performed ta analyse crack initiation and crack growth. The two-body contact loading is computed. Crack risk prediction is conducted. These results are used as input data for 20 and 30 numerical X-FEM modelling of the fretting test. Crack growth simulation is performed using mufti-axial fatigue criteria and experimental crack growth law