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Fatigue-Phase de propagation. Ecole Nationale des Ingénieurs de Monastir Année

Fatigue-Phase de propagation. Ecole Nationale des Ingénieurs de Monastir Année Universitaire :2017-2018 Dr. ELTAIEF Maher Ecole Nationale des Ingénieurs de Monastir Programme I. Partie 1: Amorçage de la fissure. II. Partie 2: Propagation de la fissure. Phénomène de la fatigue. Concepts de dimensionnement en fatigue. Approches de prédiction de la durée de vie de fatigue. Notions sur la mécanique de rupture. Modèles empiriques de propagation de fissure. Critères de bifurcation. Calcul de la durée de vie de la phase de propagation de la fissure. 2/17 Dr. ELTAIEF Maher Introduction: Contexte Laboratoire de Génie Mécanique Introduction Plan de l’exposé Aéronautique Défaillance par fatigue Pont roulant 3/17 Pièces mécaniques •Le plus méconnu en mécanique •C’est l’origine de 90% des ruines •Sans pré-signe ni avertissement précurseur. Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Dr. ELTAIEF Maher 4/17 Introduction: Contexte Laboratoire de Génie Mécanique t σ(t) Charge cyclique Détérioration des propriétés mécaniques Phase d’amorçage Phase de propagation Durée de vie de fatigue Différentes phases de rupture par fatigue Courbe de Whöler Loi de propagation Défaut initial Propagation de macro-fissures Naissance de micro-fissures Rupture brutale •Type de matériau • Géométrie des défauts • Etat de surface Introduction Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Dr. ELTAIEF Maher 5/17 Introduction: Problématiques Laboratoire de Génie Mécanique Pour assurer la sécurité Pour un dimensionnement plus fiable •Prévoir la durée de vie en fatigue (phase de propagation). •Prévoir le temps d’inspection adéquat pour effectuer des opérations de maintenance. •Tenir compte des dispersions des paramètres mécano- géométriques affectant la rupture par fatigue. •Procéder à un couplage mécano-fiabiliste pour plus de confiance sur les résultats. Introduction Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Dr. ELTAIEF Maher Plan de l’exposé Laboratoire de Génie Mécanique Introduction Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives I. Propagation de fissures: approche déterministe. II. Calcul des FIC. III.Calcul de l’angle de bifurcation. IV.Calcul de la durée de vie. 6/17 Dr. ELTAIEF Maher 7/17 I. Propagation de fissures: approche déterministe Laboratoire de Génie Mécanique Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives • Expressions analytiques •Méthode Cinématique • Méthode globale Calcul des FIC Trajectoire de fissuration Critères de bifurcation: •Contrainte circonférentielle maximale •Densité d’énergie de déformation minimale •Taux de restitution d’énergie maximale Durée de vie Lois de propagation: •Loi de Paris •Loi de Forman •Loi de Walker •Loi de Priddle Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique Modes de fissurations Facteur d’intensité de contrainte (FIC) Pour un comportement élastique, Irwin a montré que : Longueur de la fissure Forme de la structure Chargement appliqué I . Propagation de fissures: approche déterministe 1. Calcul des FIC  Mode I : mode d’ouverture de la fissure.  Mode II : mode de cisaillement dans le plan.  Mode III : mode de cisaillement hors plan. FIC 8/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique Expressions analytiques I . Propagation de fissures: approche déterministe 1. Calcul des FIC 9/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique Expressions analytiques I . Propagation de fissures: approche déterministe 1. Calcul des FIC 10/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique Calcul éléments Finis (Méthode Cinématique) I . Propagation de fissures: approche déterministe 1. Calcul des FIC 11/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique Champ de contraintes (Irwin) Critère de Contrainte Circonférentielle Maximale L’accroissement de la fissure se produit: σθθ maximale 2. Trajectoire de la fissure x1 x2 fissure θ0 Direction de propagation σθθ σθθ τrθ τrθ I . Propagation de fissures: approche déterministe 12/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique ΔK da/dN ΔKseuil KIc I II III Vitesse de propagation Durée de vie Intégration Loi de Paris Loi de Forman Loi de Priddle 3. Durée de vie I . Propagation de fissures: approche déterministe 13/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique Méthode numérique simplifiée 4. Organigramme de calculs Intégration directe numérique simplifiée I . Propagation de fissures: approche déterministe 14/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique 5. Validation du modèle éléments finis Géométrie de la structure Expressions analytiques des FIC: Maillage et déformée de la plaque Comparaison des méthodes cinématique et de référence I . Propagation de fissures: approche déterministe 15/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives IntroductionMode mixte Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique 5. Application à la propagation de la fissure en mode I Géométrie de la structure Loi de Paris Paramètres aléatoires Expression analytique du FIC: Intégration de la loi de propagation Évolution de la fissure : cas déterministe numérique simplifiée I . Propagation de fissures: approche déterministeMode I 16/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher Laboratoire de Génie Mécanique 6. Application à la propagation de la fissure en mode mixte Géométrie de la structure Expressions analytiques des FIC: 0 2 4 6 8 10 12 x 10 5 2 4 6 8 10 12 14 16 x 10 -4 N Cycles taille de la fissure a(mm) Evolution de a en fonction de N:cas déterministe(mode mixte) Évolution de la fissure : cas déterministe I . Propagation de fissures: approche déterministeMode mixte Loi de Paris 17/17 Plan de l’exposé Etude déterministe et aléatoire Prévision des temps d’inspection Actualisation des temps d’inspection Optimisation des temps d’inspection Conclusions et perspectives Introduction Dr. ELTAIEF Maher uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-fatigue-fisurationn-2222222222222 1 .pdf