Dissertations / Theses: 'Croissance des fissures de fatigue'

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Demulsant, Xavier. "Facteurs microstructuraux gouvernant l'amorçage et la croissance des fissures de fatigue dans les alliages de titane." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2367.

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Abstract:

Nous avons etudie le comportement en fatigue oligocyclique de trois structures forgees alpha-beta de ta6v (ti, 6al 4v) et d'une structure forgee beta de ti6246 (ti, 6al 2sn 4zr 6mo), sous air comme sous vide a l'ambiante, et sous air entre 20c et 500c. A 20c, nous avons realise des essais regulierement interrompus pour determiner le role des facteurs microstructuraux sur les cinetiques de croissance des microfissures naturellement initiees en surface d'eprouvettes lisses. Ces cinetiques ont ete comparees a celles des fissures longues, obtenues pour les memes microstructures, au sein du laboratoire. L'applicabilite du parametre delta k et son mode de calcul pour les fissures courtes tridimensionnelles (de vingt microns a un milimetre de longueur en surface) sont critiques, en particulier pour les essais sous vide. Les conditions d'amorcage des microfissures, suivant le niveau de contrainte, la temperature et l'environnement, ont ete etudiees par microscopie electronique a balayage. Dans le cas du ti 6246 forge beta, une etude des longueurs, largeurs, et orientations des plaquettes alpha ainsi que des textures locales favorables a l'amorcage a ete realisee par analyse d'images et e. B. S. P. (electron back scattering pattern). Ces resultats permettent de degager des regles pour le choix d'une structure resistante en fatigue oligocyclique

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Haddar, Nader. "Fatigue thermique d'un acier inoxydable austénitique 304L : simulation de l'amorçage et de la croissance des fissures courtes en fatigue isotherme et anisotherme." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005750.

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Abstract:

Les canalisations coudées des circuits de refroidissement des centrales thermiques sont soumises à des fluctuations thermiques de faible amplitude et de fréquence variable. Ces fluctuations associées aux variations de température des fluides présentent un risque de fissuration et de fuites. Afin de prévenir de tels risques, EDF a lancé le programme CRECO RNE 808, « Fatigue thermique des aciers inoxydables austénitiques 304L » pour étudier expérimentalement sur élément de volume, lamorçage et le début de propagation des fissures en fatigue thermique dans les aciers inoxydables austénitiques. Lobjectif est de comparer le comportement et lendommagement du matériau en fatigue mécano-thermique (cyclage en température + cyclage en déformation) et en fatigue isotherme et est orienté sur le problème RRA, dans lequel les conditions extrêmes ont été déterminées par EDF pour le métal Tmax = 165°C et Tmin = 90°C et où la fréquence des fluctuations thermiques peut atteindre un Hertz. Une sollicitation thermomécanique sur élément de volume est nécessaire en effet pour simuler la fatigue thermique des zones critiques dune structure. Des essais de fatigue isotherme, aux deux températures extrêmes du cycle thermique, ont montré un comportement similaire du matériau et un effet du module sur la réponse mécanique du matériau. On na pas constaté de réelle différence de durée de vie entre les deux températures étudiées pour des amplitudes de déformation mécanique supérieures à 0,18% alors que pour des faibles amplitudes de déformations la durée de vie du matériau diminue quand la température augmente. Des essais de fatigue mécano-thermique réalisés sur des éprouvettes prélevées dans une bride de barrière thermique et dautres sur une tôle ne montrent pas de différence que ce soit de point de vue comportement ou durée de vie pour des amplitudes de déformations mécaniques supérieures à 0,18%. Dans le but détudier leffet de la contrainte moyenne, induite par pré-écrouissage cyclique, sur la durée de vie du matériau, des essais ont été réalisés sur des éprouvettes pré-écrouies cycliquement à lambiante à ±1%. Une première comparaison des deux essais réalisés sur matériau pré-écroui ne montre pas de différence entre le chargement mécano-thermique et isotherme à 165°C que ce soit en terme de comportement ou de durée de vie. Un effet de la contrainte moyenne (préécrouissage monotone à lambiante) a été mis en évidence en fatigue isotherme à 165°C, avec une réduction importante de la durée de vie sur le digramme Dep/2 = f(Nf). Sous sollicitations mécano-thermiques, la durée de vie sur matériau pré-écroui est plus importante que dans des conditions isothermes à 165°C. Une étude du comportement en relaxation du matériau entre 50 et 250°C a montré la présence de deux stades de relaxation : un premier stade pendant lequel le matériau se relaxe rapidement avec une viscosité indépendante de la température et de la déformation plastique cumulée, et un deuxième stade pendant lequel la contrainte macroscopique varie peu dans le temps. Létude a montré que la capacité de relaxation du matériau diminue quand la température augmente de 50 à 250°C : le matériau présente donc une anomalie de comportement marquée dans ce domaine de températures. Un pré-écrouissage cyclique à lambiante à ±1% diminue le taux de relaxation du matériau à 50°C et fait apparaître une troisième stade de relaxation du matériau avec une viscosité plus importante. Un pré-écrouissage monotone à lambiante jusquà une contrainte maximale de 500MPa, réduit encore plus le taux de relaxation du matériau à 50 quà 250°C. Les essais de fatigue mécano-thermique à grand nombre de cycles (106 cycles et au delà) conduisent à des durées dessais pouvant dépasser un an. Afin dexplorer, néanmoins, leffet de lamplitude de déformation dans ce domaine de durée de vie, et compte tenu du fait que sur site les premiers stades damorçage se produisent dans des zones superficielles perturbées, nous avons réalisé des essais de propagation de fissures courtes à partir dune entaille (longueur 2a = 0.5mm) en plasticité généralisée en contrôle de déformation mécanique, comme sur élément de volume. Un modèle de durée de vie est introduit au dernier chapitre. Le calcul est basé sur les résultats des essais de fissuration en plasticité généralisée décrite dans le chapitre 6. En premier lieu un modèle de comportement cyclique est identifié aux deux températures 90 et 165°C. La deuxième partie sintéresse au calcul de durées de vie. À travers une représentation énergétique des résultats, nous avons discuté la validité du modèle de durée de vie en nous basant sur une analyse assez simplifiée. Deux approches sont présentées, avec pour chaque cas une comparaison des durées de vie expérimentales aux durées de vie obtenus expérimentalement en fatigue isotherme à 90 et 165°C et en fatigue mécano-thermique. Le modèle de durée de vie retenu a été validé en fatigue isotherme à 90 et 165°C ainsi quen fatigue mécano-thermique.

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Ouarabi, Mohand Ouramdane. "Influence de la fréquence de chargement sur la résistance à l'amorçage et la croissance des fissures de fatigue dans des aciers utilisés dans des applications mécaniques exigeantes." Thesis, Paris 10, 2018. http://www.theses.fr/2018PA100034.

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Abstract:

Les essais de fatigue peuvent être effectués dans une gamme de fréquences similaire, mais les fréquences les plus élevés sont généralement préférables afin de réduire le temps de test et d'obtenir des résultats dans une période raisonnable. La question reste à savoir si un effet de fréquence existe. Cette étude traite de l'effet de la fréquence de chargement sur la résistance à l'amorçage et à la propagation des fissures sur 3 matériaux (M800HY, CP1000 et DP1180) utilisés dans le domaine automobile. Deux rapports de charge (R=-1 et 0.1) et cinq fréquences de chargement (25 Hz, 30 Hz, 150 Hz et 20 kHz) ont été étudiés. Tout d'abord, nous avons réalisé des calculs par élément finis en dynamique pour dimensionner les éprouvettes et calculer l'étendue du facteur d'intensité de contrainte durant la propagation de la fissure de fatigue. Ensuite, nous avons réalisé des essais d'amorçage et de propagation. Indépendamment de la fréquence de chargement,l'amorçage de la fissure de fatigue est toujours surfacique à cause des concentrations de contraintes dues au processus de laminage ou de l'électro-galvanisation. L'observation des faciès de rupture sur éprouvettes testées à 30 Hz et 20 kHz montre que le mode de propagation est transgranulaire avec quelques localisations de rupture intergranulaire ou par clivage sur la nuance DP1180. Les stries de propagations sont présentes sur les faciès d'éprouvettes M800HY et absentes sur les faciès des deux autres nuances. La nuance DP1180 présente une meilleure résistance à l'amorçage et à la propagation de la fissure de fatigue. Concernant l'effet de la fréquence de chargement, globalement l'amorçage de la fissure de fatigue est dépendante de la fréquence de chargement, par contre, la propagation est indépendante de la fréquence Fatigue tests can be performed in a similar frequency range, but the higherfrequencies are generally preferable to reduce the test time and obtain results within areasonable time. The question remains whether a frequency effect exists. This study dealswith the effect of the loading frequency on fatigue strength and crack growth of 3 steels(M800HY, CP1000 and DP1180) used in automotive industry. Two load ratios (R = -1 and0.1) and five load frequencies (25 Hz, 30 Hz, 150 Hz and 20 kHz) were studied. First, weperformed dynamics finite element method to calculate the dimensions of the specimens(to vibrate with a resonance at 20 kHz), and, the stress intensity range as a function of the length of crack. Then, we have done some test on fatigue crack initiation and propagation. Whatever the loading frequency, the initiation of the fatigue crack is always on the surfacebecause of the stress concentrations due to the rolling process or the electro-galvanization.The observation with SEM of fracture surface of the specimens tested at 30 Hz and 20 kHzshows that the mode of propagation is transgranular with some locations of intergranularfailure or by cleavage on DP1180 grade. The fatigue striation on fracture surface arepresent on the M800HY and absent on the other two materials. The grade DP1180 has abetter resistance to the initiation and propagation of the crack. Regarding the effect ofloading frequency, overall the initiation of the fatigue crack is dependent on the loadingfrequency, however, the propagation is independent of the loading frequency

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Lieurade, Henri-Paul. "Comportement mécanique et métallurgique des aciers dans le domaine de la fatigue oligocyclique étude des phénomènes et application à la croissance des fissures /." Metz : Université de Metz, 2008. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/1978/Lieurade.Henri_Paul.SMZ7805.pdf.

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Uribe, Suarez Diego Alejandro. "Combinaison d’éléments cohésifs et remaillage pour gérer la propagation arbitraire du chemin de fissure : des matériaux fragiles à l’analyse de fatigue thermique des petits corps du système solaire." Thesis, Université Côte d'Azur, 2021. http://www.theses.fr/2021COAZ4047.

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Abstract:

La présente thèse de doctorat a pour objectif d’améliorer la modélisation du phénomène de rupture dans les matériaux fragiles. Elle porte une attention particulière aux mécanismes de rupture des objets célestes. L’un des problèmes posant le plus de défis aux scientifiques spécialisés dans l’étude de la mécanique de la rupture est la propagation d’une fissure dans un maillage éléments finis, et ce pour des chemins arbitraires. Dans cette étude, ce problème est abordé en utilisant une technique de remaillage avancée utilisant des éléments finis cohésifs permettant la propagation de fissures suivant des directions arbitraires et indépendantes du maillage. La direction de la fissure est calculée suivant le critère du taux de restitution d’énergie maximal, implémentée à l’aide d’un modèle éléments finis et de la méthode Gθ. Les effets de différents paramètres numériques et physiques relatifs à la fissure ou à l’énergie libérée lors de la rupture sont investigués.Bien que différentes preuves de fissures et/ou fragments à la surface de corps célestes de notre système solaire induits par des variations cycliques de la température ont été détaillées, la compréhension de ces mécanismes de propagation dans des objets célestes reste très parcellaire. La fracturation thermique de roches en surface associée à l’impact de micro-météorites peutéventuellement conduire à la rupture complète de fragments de matière et à la production de régolithes. Cette dernière est définie comme la couche de matériau non consolidée qui recouvre la surface des planètes. Afin de comprendre ces mécanismes, l’étude s’attarde sur un exemple précis, celui de l’astéroïde (101955) Bennu. Pour ce faire, elle utilise un modèle thermoélastique couplé avec un modèle linéaire élastique de mécanique de la rupture permettant de considérer les variations cycliques de température liées aux alternances jour/nuit. En utilisant cette méthodologie, il a été observé que les fissures se propagent préférentiellement dans les directions : Nord vers Sud, Nord-Est vers Sud-Ouest et Nord-Ouest vers Sud-Est. Finalement, une analyse de fatigue est effectuée afin d’estimer la vitesse de croissance de la fissure.Les méthodes détaillées précédemment ont été implémentées dans Cimlib, une librairie C++ dévelopée au CEMEF. Au sein de cette librairie, une méthode permettant la propagation d’une ou plusieurs fissures, suivant des directions arbitraires, en 2D et au sein d’un environnement de calcul en parallèle est à présent disponible. Concernant l’extension de cette méthode à des problèmes 3D, une première approche a été mise au point. Elle permet de propager un front de fissure suivant une direction arbitaire. La structure développée permet d’ouvrir de nouvelles possibilités pour de nombreuses applications, telles que l’étude de la rupture de matériaux composites à l’échelle mesoscopique The present PhD thesis aims at providing a better modeling of fracture phenomenon in brittle materials, with special attention focused on fracture processes taking place in astronomical bodies. One of the most challenging issues in computational fracture mechanics is the propagation of a crack through a finite element mesh for arbitrary crack paths. In this work, this problem is approached by means of an advanced remeshing technique that propagates a crack using cohesive elements through arbitrary directions (mesh-independent). The crack direction is computed using the maximal energy release rate criterion which is implemented using finite elements and the Gθ method. The effects of different numerical and physical parameters regarding the crack path and fracture energy have been investigated. Even though it has been shown that temperature cycles on airless bodies of our Solar System can cause damaging of surface materials (Thermal cracking), propagation mechanisms in the case of space objects are still poorly understood. Thermal cracking of surface rocks, in addition to the impact of micrometeorties, can eventually lead to rocks’ breakup and produce fresh regolith, the latter being the layer of unconsolidated material that covers planetary surfaces. For this reason, the present work combines a thermoelasticity model together with linear elastic fracture mechanics theory to predict fracture propagation in the presence of thermal gradients generated by diurnal temperature cycling and under conditions similar to those existing on asteroid (101955) Bennu. Using the implemented methodologies, it is found that in asteroid Bennu, cracks preferentially propagate in the North to South (N-S), in the North-East to South-West (NE-SW) and in the North-West to South-East (NW-SE) directions. Finally, thermal fatigue analysis was performed in order to estimate the crack growth rate.Aforementioned methodologies have been implemented in Cimlib, a C++ in-house finite element library developed at CEMEF. Inside Cimlib, a methodology allowing two-dimensional crack propagation through arbitrary directions with the option of handling multiple cracks in the domain and inside a parallel environment was developed. Regarding three-dimensional scenario, a first approach where a crack front was propagated through an arbitrary direction was achieved. Concerning numerical modeling of crack propagation, the developed framework opens new possibilities for various applications such as composites cracking at the meso-scale

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Didych, Iryna. "Estimation of structural integrity and lifetime of important structural elements." Electronic Thesis or Diss., Université Clermont Auvergne (2021-...), 2021. http://www.theses.fr/2021UCFAC116.

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Abstract:

Ce travail a été réalisé sous co-tutelle entre l’Université Technique Nationale de Ternopil (Ukraine) et l’Université Clermont Auvergne, CNRS, SIGMA Clermont, l’Institut Pascal à Clermont-Ferrand (France). La thèse porte sur la solution d’une tâche scientifique réelle d’évaluer la résistance et la durabilité des éléments responsables des structures. L’objectif de l’étude est d’évaluer la résistance et la durabilité résiduelle des éléments structurels par des méthodes d’apprentissage automatique. La plupart des parties des machines et des composants des structures pendant l'exploitation sont influencés par des charges de nature différente. Ces forces sont soit directement attachées à l’élément, soit transmises par des éléments adjacents qui y sont reliés. Pour le fonctionnement normal des parties responsables des structures,chaque élément doit être d’une taille et d’une forme qui lui permettent de résister aux charges. En particulier, il doit être solide, pas avoir de déformation significative sous tension, rigide et conserver sa forme d’origine. La durée de vie estimée des machines et des structures peut être prédite à l’aide des diagrammes de la croissance des fissures de fatigue des matériaux. Dans la plupart des cas, les données expérimentales présentent certaines variations dont il faut tenir compte. L’expérimentation prend souvent beaucoup de temps et de ressources humaines. Par conséquent, il est conseillé d'apprendre à calculer la durabilité par des méthodes d'apprentissage automatique, en particulier les réseaux de neurones, les arbres renforcés, les forêts aléatoires, les machines à vecteurs de support et les k-plus proches voisins This work has been performed under co-tutelle supervision between Ternopil IvanPuluj National Technical University in Ternopil (Ukraine) and UniversityClermont Auvergne, CNRS, SIGMA Clermont, Institut Pascal in Clermont-Ferrand (France).This thesis solves the scientific task of responsible structural elements strength andlifetime evaluation. The aim of the thesis is to evaluate the strength and residuallifetime of structural elements by machine learning methods.Most parts of machines and structural elements while being in service are under theinfluence of loads of various nature. Such forces are applied either directly to theelement or transmitted through neighbor elements connected to it. For the normaloperation of the responsible structures parts, each element must have certain sizeand shape that will withstand the loads acting on it. In particular, it must haveappropriate strength properties, not deform significantly under the action ofstresses, be rigid, and preserve its original shape.The calculated residual lifetime of machines and structures can be predicted usingfatigue crack growth (FCG) diagrams. Often, the experimental data have a certainspread, which should be taken into account in their analysis. The experimentalmethod often takes a lot of time and human resources. Therefore, it is advisable tolearn how to calculate the residual lifetime using machine learning methods,particularly, neural networks, boosted trees, random forests, support-vectormachines and the method of k–nearest neighbors

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Tamine, Tawfik. "Amorçage de fissures par fatigue-contact." Metz, 1994. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1994/Tamine.Tawfik.SMZ9418.pdf.

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Abstract:

La présente thèse est une contribution à la compréhension du phénomène d'écaillage provoque par la fatigue contact. Cette fatigue apparait en dessous d'une surface soumise à un chargement de contact quasi ponctuel, à partir d'une inclusion, site idéal pour l'amorçage de fissures. Souvent la direction d'amorçage et de propagation de fissures est associée à la répartition des contraintes résultant du chargement complexe. Pour mettre en évidence ce phénomène, nous avons entrepris: une étude bibliographique afin de recenser les différents travaux relatifs à la concentration des contraintes, aux critères d'amorçage et à la répartition des contraintes au voisinage d'un défaut. Une étude expérimentale simulant l'amorçage de fissures selon les trois modes de sollicitation. Un calcul aux éléments finis qui nous a permis de développer de nouveaux critères d'amorçage. Ces critères s'adaptent mieux aux résultats expérimentaux en comparaison avec ceux de la littérature The present thesis is a contribution to the knowledge of the shelling process caused by a contact fatigue. This phenomenon appears under a surface submitted to a quasi punctual loading and initiates at an inclusion which is the most probable site for crack initiation. The direction of propagation is associated with the stress distribution resulting from a complex loading. To understand this phenomenon, we present : a bibliographical study to collect the different works related to stress concentration, crack initiation criteria and the stress distribution in the vicinity of a defect. An experimental study for the simulation of crack initiation under the three modes of loading. A finite element calculation from which we have derived new initiation criteria. We have shown that they best fit the experimental results by comparison with those given in the literature

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TAMINE, TAWFIK Pluvinage Guy. "AMORCAGE DE FISSURES PAR FATIGUE CONTACT /." [S.l.] : [s.n.], 1994. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/1994/Tamine.Tawfik.SMZ9418.pdf.

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Bignonnet, André. "Sur la propagation des fissures de fatigue." Paris, ENSAM, 1991. http://www.theses.fr/1991ENAM0021.

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Abstract:

Le sujet traite consiste d'une part a degager un outil permettant une description raisonnable de la loi de propagation et du seul du non propagation, d'une part a prendre en compte le chargements d'amplitude variable pour la prediction de la propagation. La premiere partie concerne l'influence des principaux parametres de fatigue: rapport r, environnement, longueur de la fissure et leur influence sur la fermeture des fissures. Nous avons montre qu'en regle generale le facteur d'intensite de contrainte de l'ouverture, u, qui permet de calculer la facteur d'intensite de contrainte efficace et la valeur du seuil. La deuxieme partie traite de la propagation sous chargement 'amplitude variable. Une etude parametrique a permis de detaller l'influence de la largeur de bande du spectre et des methodes de comptage mises en uvre. A l'aide de methodes de comptage appropriees nous avons valide l'approche dite du chargement equivalent defini par le moment statistique d'ordre m de la distribution des amplitudes de contraintes, m etant la pente de la loi de paris en amplitude constante, dans le cas d'historiques de contraintes stationnaires de type gaussien

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Nguedjio, Fouepe Calvin. "Amorçage des fissures de fatigue et probabilisation." Compiègne, 1989. http://www.theses.fr/1989COMPD196.

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Abstract:

L'analyse de l'amorçage des fissures de fatigue est faite en distinguant les critères empiriques des critères non-empiriques ; les premiers donnent le nombre de cycles à l'amorçage directement en fonction des paramètres du chargement alors que les seconds proposent une évaluation quantitative du dommage. L'analyse fait ressortir qu'un bon critère doit tenir compte de la déformation de cisaillement, de la dilatation volumique et de la position des sollicitations exercées par rapport au critère de limite d'endurance. L'utilisation des paramètres ci-dessus ainsi que les données d'un accroissement du dommage par cycle et d'un dommage cumulé à l'amorçage dépendant du chargement permettent d'établir un critère valable à la fois dans les domaines des grands et faibles nombres de cycles à l'amorçage. L'application est faite sur une éprouvette entaillée, représentative des structures réelles, qui atteint un état adapté sous les sollicitations imposées. La dispersion inévitable de la fatigue sur les matériaux usuels conduit à la probabilisation des critères de fatigue. Une méthode de probabilisation, fondée sur le fait que la dispersion du nombre de cycles à l'amorçage est une conséquence du caractère aléatoire de certains paramètres qui permettent de l'évaluer est présentée et appliquée à la fatigue des noeuds tubulaires soudés.

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Zeghloul, Abderrahim. "Comparaison de la propagation en fatigue des fissures courtes et des fissures longues." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37619253w.

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Cortet, Pierre-Philippe. "Croissance lente de fissures : de la fragilité à la complexité." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00162873.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat a pour objectif d'apporter une contribution à la compréhension des mécanismes physiques en jeu dans le phénomène de croissance lente de fissures dans un matériau sous contrainte. Ce travail s'appuie principalement sur des études expérimentales, mais est aussi composé de travaux théoriques traités à la fois analytiquement et numériquement. On aborde différents aspects du phénomène de croissance lente de fissures en allant de systèmes physiques semblant à priori être les plus simples pour s'orienter vers des systèmes de plus en plus complexes. Ainsi, il est d'abord présenté une étude analytique de l'influence du désordre structurel d'un matériau élastique fragile sur le phénomène de croissance lente thermiquement activée d'une fissure sous contrainte. On montre que le désordre a pour effet de ralentir, voire de bloquer, la croissance de la fissure lorsque la température thermodynamique est inférieure à une valeur critique associée à celui-ci. On présente ensuite une étude expérimentale détaillée de la croissance lente d'une fissure dans un film d'un polymère amorphe, le polycarbonate. On interprète la dynamique de croissance de la fissure grâce aux propriétés élasto-visco-plastiques de ce matériau en particulier la loi de fluage d'Arrhenius-Eyring. Plus précisément, on montre que la vitesse de croissance de la fissure se décompose en un terme dépendant de la contrainte moyenne dans les zones plastiques en pointe de fissure et d'un terme analogue à la rupture dans un milieu fragile. On met également en évidence une instabilité de surface dans les zones de striction du polymère. Finalement, on décrit une étude expérimentale préliminaire du phénomène de pelage d'un rouleau de ruban adhésif grâce à une technique d'imagerie à haute vitesse. Cette étude permet pour la première fois un accès direct aux détails de la dynamique de “stick-slip” du point de pelage et ouvre des perspectives pour l'interprétation théorique de ce phénomène.

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Desforges, Jean-Robert. "Propagation en fatigue des fissures courtes dans les alliages d'aluminium." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2293.

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Abstract:

L'utilisation des alliages d'aluminium de type 2024 et 7075 est tres repandue dans l'industrie aeronautique. Une meilleure connaissance de la tolerance au dommage de ces materiaux implique l'etude de la propagation des fissures des leur apparition. Les fissures courtes etudiees ont ete obtenues a partir d'eprouvettes lisses sollicitees en traction ondulee. Pour un meme niveau maximum de contrainte imposee, des vitesses de propagation plus elevees sont observees sur les fissures courtes par rapport aux fissures longues. La croissance des fissures peut etre decrite a l'aide des lois de propagation effective des fissures longues, c'est-a-dire corrigee de l'effet de la fermeture, et en tenant compte des mecanismes mis en jeu selon les microstructures et les conditions d'environnement

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Nguyen, Hoang-Phuong. "Model-based and data-driven prediction methods for prognostics." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC021.

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Abstract:

La dégradation est un phénomène inévitable qui affecte les composants et les systèmes d'ingénierie, et qui peut entraîner leurs défaillances avec des conséquences potentiellement catastrophiques selon l'application. La motivation de cette Thèse est d'essayer de modéliser, d'analyser et de prédire les défaillances par des méthodes pronostiques qui peuvent permettre une gestion prédictive de la maintenance des actifs. Cela permettrait aux décideurs d'améliorer la planification de la maintenance, augmentant ainsi la disponibilité et la sûreté du système en minimisant les arrêts imprévus. Dans cet objectif, la recherche au cours de la thèse a été consacrée à l'adaptation et à l'utilisation d'approches basées sur des modèles et d'approches pilotées par les données pour traiter les processus de dégradation qui peuvent conduire à différents modes de défaillance dans les composants industriels, en utilisant différentes sources d'informations et de données pour effectuer des prédictions sur l'évolution de la dégradation et estimer la durée de vie utile restante (RUL).Les travaux de thèse ont porté sur deux applications pronostiques spécifiques: les pronostics basés sur des modèles pour la prédiction de la croissance des fissures par fatigue et les pronostics pilotées par les données pour les prédictions à pas multiples des données de séries chronologiques des composants des Centrales Nucléaires.Les pronostics basé sur des modèles compter sur le choix des modèles adoptés de Physics-of-Failure (PoF). Cependant, chaque modèle de dégradation ne convient qu'à certains processus de dégradation dans certaines conditions de fonctionnement, qui souvent ne sont pas connues avec précision. Pour généraliser, des ensembles de multiples modèles de dégradation ont été intégrés dans la méthode pronostique basée sur les modèles afin de tirer profit des différentes précisions des modèles spécifiques aux différentes dégradations et conditions. Les principales contributions des approches pronostiques proposées basées sur l'ensemble des modèles sont l'intégration d'approches de filtrage, y compris le filtrage Bayésien récursif et le Particle Filtering (PF), et de nouvelles stratégies d'ensemble pondérées tenant compte des précisions des modèles individuels dans l'ensemble aux étapes de prédiction précédentes. Les méthodes proposées ont été validées par des études de cas de croissance par fissures de fatigue simulées dans des conditions de fonctionnement variables dans le temps.Quant à la prédictions à pas multiples, elle reste une tâche difficile pour le Prognostics and Health Management (PHM) car l'incertitude de prédiction a tendance à augmenter avec l'horizon temporel de la prédiction. La grande incertitude de prédiction a limité le développement de pronostics à pas multiples dans les applications. Pour résoudre le problème, de nouveaux modèles de prédiction à pas multiples basés sur la Long Short-Term Memory (LSTM), un réseau de neurones profond développé pour traiter les dépendances à long terme dans les données de séries chronologiques, ont été développés dans cette Thèse. Pour des applications pratiques réalistes, les méthodes proposées abordent également les problèmes supplémentaires de détection d'anomalie, d'optimisation automatique des hyper-paramètres et de quantification de l'incertitude de prédiction. Des études de cas pratiques ont été envisagées, concernant les données de séries chronologiques collectées auprès des Générateurs de Vapeur et de Pompes de Refroidissement de Réacteurs de Centrales Nucléaires Degradation is an unavoidable phenomenon that affects engineering components and systems, and which may lead to their failures with potentially catastrophic consequences depending on the application. The motivation of this Thesis is trying to model, analyze and predict failures with prognostic methods that can enable a predictive management of asset maintenance. This would allow decision makers to improve maintenance planning, thus increasing system availability and safety by minimizing unexpected shutdowns. To this aim, research during the Thesis has been devoted to the tailoring and use of both model-based and data-driven approaches to treat the degradation processes that can lead to different failure modes in industrial components, making use of different information and data sources for performing predictions on the degradation evolution and estimating the Remaining Useful Life (RUL).The Ph.D. work has addressed two specific prognostic applications: model-based prognostics for fatigue crack growth prediction and data-driven prognostics for multi-step ahead predictions of time series data of Nuclear Power Plant (NPP) components.Model-based prognostics relies on the choice of the adopted Physics-of-Failure (PoF) models. However, each degradation model is appropriate only to certain degradation process under certain operating conditions, which are often not precisely known. To generalize this, ensembles of multiple degradation models have been embedded in the model-based prognostic method in order to take advantage of the different accuracies of the models specific to different degradations and conditions. The main contributions of the proposed ensemble of models-based prognostic approaches are the integration of filtering approaches, including recursive Bayesian filtering and Particle Filtering (PF), and novel weighted ensemble strategies considering the accuracies of the individual models in the ensemble at the previous time steps of prediction. The proposed methods have been validated by case studies of fatigue crack growth simulated with time-varying operating conditions.As for multi-step ahead prediction, it remains a difficult task of Prognostics and Health Management (PHM) because prediction uncertainty tends to increase with the time horizon of the prediction. Large prediction uncertainty has limited the development of multi-step ahead prognostics in applications. To address the problem, novel multi-step ahead prediction models based on Long Short- Term Memory (LSTM), a deep neural network developed for dealing with the long-term dependencies in the time series data have been developed in this Thesis. For realistic practical applications, the proposed methods also address the additional issues of anomaly detection, automatic hyperparameter optimization and prediction uncertainty quantification. Practical case studies have been considered, concerning time series data collected from Steam Generators (SGs) and Reactor Coolant Pumps (RCPs) of NPPs

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Malesys, Nicolas. "Modélisation probabiliste de formation de réseaux de fissures de fatigue thermique." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00319993.

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Abstract:

Des réseaux de fissures superficielles de fatigue thermique ont été détectés dans des conduites de centrales nucléaires, plus précisément dans les zones de mélange du circuit de refroidissement du réacteur à l'arrêt. De nombreux travaux expérimentaux ont d'ores et déjà été menés pour caractériser l'apparition et la propagation de ces fissures. L'aspect aléatoire de l'apparition de celles-ci a conduit à proposer un modèle probabiliste de formation et de propagation de fissures. Dans un premier temps, des essais de fatigue mécanique uniaxiale sur des éprouvettes entaillées ont été réalisés afin de mettre en évidence le multi-amorçage de fissures, leur arrêt par obscurcissement et leur coalescence par recouvrement des zones d'amplification des contraintes. Dans un deuxième temps, le modèle probabiliste a été établi sous deux hypothèses : la germination continue de fissures en surface, grâce à une loi d'amorçage à seuil suivant un processus ponctuel de Poisson, et le processus d'obscurcissement qui interdit l'amorçage ou la propagation d'une fissure si celle-ci se situe dans la zone de relaxation des contraintes d'une autre fissure déjà existante. La propagation des fissures est assurée par une loi de type Paris basée sur des calculs de facteurs d'intensité des contraintes en pointe et en fond de fissure. L'évolution des réseaux de fissures multidirectionnelles en surface peut ainsi être suivi au moyen de trois grandeurs : la probabilité d'obscurcissement, comparable à une variable d'endommagement de la structure, la densité de fissures activées, comparable à la densité de fissure d'un réseau réel, et la densité de fissures actives qui permet de connaître le nombre de fissures qui se propagent toujours dans la zone d'étude. La distribution des tailles de fissures est également accessible permettant une comparaison plus rapide avec les résultats expérimentaux.

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Malésys, Nicolas. "Modélisation probabiliste de formation de réseaux de fissures de fatigue thermique." Cachan, Ecole normale supérieure, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00319993/fr/.

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Abstract:

Des réseaux de fissures superficielles de fatigue thermique ont été détectés dans des conduites de centrales nucléaires, plus précisément dans les zones de mélange du circuit de refroidissement du réacteur à l’arrêt. De nombreux travaux expérimentaux ont d’ores et déjà été menés pour caractériser l’apparition et la propagation de ces fissures. L’aspect aléatoire de l’apparition de celles-ci a conduit à proposer un modèle probabiliste de formation et de propagation de fissures. Dans un premier temps, des essais de fatigue mécanique uniaxiale sur des éprouvettes entaillées ont été réalisés afin de mettre en évidence le multi-amorçage de fissures, leur arrêt par obscurcissement et leur coalescence par recouvrement des zones d’amplification des contraintes. Dans un deuxième temps, le modèle probabiliste a été établi sous deux hypothèses : la germination continue de fissures en surface, grâce à une loi d’amorçage à seuil suivant un processus ponctuel de Poisson, et le processus d’obscurcissement qui interdit l’amorçage ou la propagation d’une fissure si celle-ci se situe dans la zone de relaxation des contraintes d’une autre fissure déjà existante. La propagation des fissures est assurée par une loi de type Paris basée sur des calculs de facteurs d’intensité des contraintes en pointe et en fond de fissure. L’évolution des réseaux de fissures multidirectionnelles en surface peut ainsi être suivi au moyen de trois grandeurs : la probabilité d’obscurcissement, comparable à une variable d’endommagement de la structure, la densité de fissures activées, comparable à la densité de fissure d’un réseau réel, et la densité de fissures actives qui permet de connaître le nombre de fissures qui se propagent toujours dans la zone d’étude. La distribution des tailles de fissures est également accessible permettant une comparaison plus rapide avec les résultats expérimentaux Thermal superficial crack networks have been detected in mixing zone of cooling system in nuclear power plants. Numerous experimental works have already been led to characterize initiation and propagation of these cracks. The random aspect of initiation led to propose a probabilistic model for the formation and propagation of crack networks in thermal fatigue. In a first part, uniaxial mechanical test were performed on smooth and slightly notched specimens in order to characterize the initiation of multiple cracks, their arrest due to obscuration and the coalescence phenomenon by recovery of amplification stress zones. In a second time, the probabilistic model was established under two assumptions : the continuous cracks initiation on surface, described by a Poisson point process law with threshold, and the shielding phenomenon which prohibits the initiation or the propagation of a crack if this one is in the relaxation stress zone of another existing crack. The crack propagation is assumed to follow a Paris’ law based on the computation of stress intensity factors at the top and the bottom of crack. The evolution of multiaxial cracks on the surface can be followed thanks to three quantities : the shielding probability, comparable to a damage variable of the structure, the initiated crack density, representing the total number of cracks per unit surface which can be compared to experimental observations, and the propagating crack density, representing the number per unit surface of active cracks in the network. The crack sizes distribution is also computed by the model allowing an easier comparison with experimental results

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Malésys, Nicolas. "Modélisation probabiliste de formation de réseaux de fissures de fatigue thermique /." Gif-sur-Yvette : CEA Saclay, Direction des systèmes d'information, 2008. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb413925972.

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Abstract:

Thèse de doctorat--Mécanique, génie mécaique, génie civil--Paris--École normale supérieure de Cachan, 2007. Notice réd. d'après la couv. La couv. porte en plus : "Direction de l'énergie nucléaire, Direction des activités nucléaires de Saclay" Bibliogr. p. 171-177. Résumé en français et en anglais.

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Noyel, Jean-Philippe. "Analyse de l’initiation de fissures en fatigue de contact : Approche mésoscopique." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0126/document.

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Abstract:

La fatigue de contact est un des modes de défaillance prédominants des composants tels que les engrenages ou les roulements. Les mécanismes d’initiation de fissures associés à ce mode de défaillance sont fortement liés à la microstructure du matériau. Cependant, la plupart des modèles utilisés pour prédire la durée de vie se situent à l’échelle macroscopique. Un modèle basé sur une représentation de type Voronoi des grains (échelle mésoscopique) est développé afin d’analyser les mécanismes d’initiation. Le concept d’endommagement est appliqué aux joints de grain modélisés par la méthode des zones cohésives. L’objectif de ce modèle est (i) de contribuer à une meilleure compréhension de l’influence de paramètres tels que ceux liés aux conditions de contact (rugosité, lubrification) ou aux matériaux (présence d’inclusions ou gradients de propriétés et contraintes résiduelles générés par les traitements de surface…) sur les mécanismes d’initiation et (ii) de fournir une estimation de la durée de vie jusqu’à cette initiation. Un premier modèle 2D isotrope a permis de mettre en place l’approche proposée et d’analyser le comportement numérique des éléments cohésifs : influence de la valeur des raideurs cohésives et apparition de singularités aux jonctions triples. Cette singularité semble inévitable, mais l’approche consistant à considérer le joint de grain comme une unique entité, et donc à utiliser des valeurs moyennes le long du joint de grain permet de s’affranchir de cette singularité. La représentativité du modèle a ensuite été améliorée par la modélisation de l’anisotropie cristalline. Un modèle de type élasticité cubique a été utilisé pour modéliser le comportement des grains. Enfin, une analyse approfondie de l’application du concept d’endommagement aux joints de grains a permis de proposer une nouvelle formulation entraînant une influence plus réaliste de cet endommagement sur le cisaillement intergranulaire et conduisant à une durée de vie estimée (apparition des premières micro-fissures) d’un ordre de grandeur comparable à celles données par l’expérience Contact fatigue is the predominant mode of failure of components subjected to a repeated contact pressure, like rolling element bearings or gears. This phenomenon is known as rolling contact fatigue (RCF). A large number of models have been developed to predict RCF, but there is today no complete predictive life model, and understanding RCF failure mechanism remains a significant challenge. RCF failure mechanisms are known to be very sensitive to a large number of parameters linked to contact conditions (roughness, lubrication) or materials (inclusions, gradients properties, residual stresses…). To improve knowledge about the influence of these parameters on failure mechanisms and life, a numerical model is developed to simulate the progressive damage of a component subject to rolling contact fatigue. Mechanisms associated with the initiation stage of failure process are located at a scale lower than the macroscopic scale. The proposed approach is to develop a grain level model (mesoscopic scale) in order to focus on initiation mechanisms. A Voronoi tessellation is used to represent the material microstructure. The progressive deterioration is simulated by applying the concept of damage mechanics at grain boundaries represented by cohesive elements. This approach has been first applied to a 2D isotropic model. The numerical behaviour of cohesive elements has been investigated: the influence of cohesive stiffness has been analysed and singularities at the triple junctions has been highlighted. The representativeness of the original model was improved by modelling crystal anisotropy. A cubic elasticity model was used to represent the behaviour of grains. Finally, a thorough analysis of the application of the damage concept at grain boundaries highlighted that the initial formulation results in a very low influence of the damage on the intergranular shear stress. A new formulation leading to a direct influence of the damage on the intergranular shear stress has been proposed. This new formulation has resulted in (i) a change in the distribution of micro-cracks, with coalescence between the different micro-cracks, and (ii) a large increase in the RCF life estimated by the model. The order of magnitude of the number of cycles corresponding to the first micro-cracks is comparable to that given by experiments

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Biavant, Guerrier Kristell Le. "Etude de l'amorçage de fissures de fatigue dans le Ti-6A1-4V." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2000. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00466425.

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Abstract:

Ce travail a porté sur les mécanismes d'amorçage de fissures de fatigue dans l'alliage Ti-6Al-4V. Il a permis de mettre en évidence l'existence d'une structure fantôme, associée à l'hérédité structurale des alliages de titane, et composée de grains dont les dimensions sont près de 100 fois supérieures à la taille microstructurale. Nos travaux ont montré que ces grains millimétriques, que nous avons nomme macrozones, peuvent avoir une influence marquée sur la réponse mécanique locale du matériau, ainsi que sur les mécanismes de fissuration. Des mesures en rayons x ont montre qu'en première approximation, les macrozones constituent des plages au sein desquelles la phase possède une orientation cristallographique majoritaire ; nous pensons donc que les macrozones correspondent aux ex-grains. Afin de caractériser les premiers stades de fissuration en fatigue, des essais de flexion pure ont été réalisés. La fissuration est apparue très hétérogène à l'échelle des macrozones. Dans chaque macrozone, les fissures formées sont situées soit dans le plan de base, soit dans l'un des plans prismatiques, selon le système de glissement ayant la scission résolue la plus élevée. Outre l'orientation cristallographique de la macrozone, la densité de fissuration dépend également de l'orientation de la direction de glissement par rapport a la surface. Finalement, nous avons pu établir une loi d'évolution de la densité de fissuration en fonction de l'amplitude de cisaillement et de l'orientation cristallographique de la macrozone vis-à-vis de la sollicitation et de la surface. Notre étude à également montre que deux mécanismes distincts interviennent lors de la propagation des fissures : la coalescence de fissures entre elles et la propagation.

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Coppin, Patrick. "Amorçage et propagation des fissures courtes de fatigue dans des alliages aluminium-lithium." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1991. http://www.theses.fr/1991ECAP0203.

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Abstract:

Dans la première partie consacrée a l'amorçage, 5 alliages ont été étudiés. Les résultats obtenus dans les alliages binaires et ternaires montrent que l'endommagement se caractérise essentiellement par la formation de bandes de glissement sur des plans cristallographiques inclines a 45 par rapport a l'axe du chargement. Dans les alliages 8090 le taux d'impureté est le facteur prépondérant pour l'amorçage à faible niveau de contrainte. Dans des alliages écrouis des particules sont disloquées donnant lieu a des défauts de quelques dizaines de microns dans ce cas la vie de l'éprouvette se résume à la propagation de la fissure. La deuxième partie traite de la propagation dans des alliages 2091 et 2090. Une méthode de mesure par chute de potentiel électrique a été mise au point pour mesurer des fissures tridimensionnelles entre 100 et 500 microns. La propagation a lieu à KMAX constant, ce qui permet d'éliminer les effets de fermeture et de ne s'intéresser qu'au comportement intrinsèque des fissures. Les fissures courtes se comportent de manière analogue aux fissures longues dans des conditions analogues en terme de vitesse de propagation. Dans des alliages à gros grains on peut observer l'influence de la microstructure sur la propagation

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Lesne, Pierre-Marie. "Amorçage et propagation de fissures sous gradients thermiques cycliques." Lille 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LIL10111.

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Abstract:

Méthodes de prévision de durée de vie. Étude microstructurale du superalliage IN 100. Étude expérimentale d'une plaque sous gradients thermiques cycliques. Application de la méthode de durée de vie à cette plaque.

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Le, Biavant-Guerrier Kristell. "Etude de l'amorçage de fissures de fatigue dans le Ti-6Al-4V." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00466425.

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Abstract:

Ce travail a porté sur l'étude des mécanismes d'amorçage de fissures de fatigue dans l'alliage Ti-6Al-4V. Il a permis de mettre en évidence l'existence d'une structure fantôme, associée à l'hérédité structurale des alliages de titane, et composée de grains dont les dimensions sont près de 100 fois supérieures à la taille microstructurale. Nos travaux ont montré que ces grains millimétriques, que nous avons nommés ‘macrozones', peuvent avoir une influence marquée sur la réponse mécanique locale du matériau, ainsi que sur les mécanismes de fissuration. Des mesures en rayons X ont montré qu'en première approximation, les macrozones constituent des plages au sein desquelles la phase α possède une orientation cristallographique majoritaire. Une analyse complémentaire en EBSD a en outre révélé l'existence d'orientations secondaires qui correspondent à des variants de Bürgers de l'orientation principale. D'autre part, les orientations cristallographiques des macrozones voisines ne respectent pas la relation de Bürgers ; nous pensons donc que les macrozones correspondent aux ex-grains β. Afin de caractériser les premiers stades de fissuration en fatigue, des essais de flexion pure ont été réalisés. La fissuration est apparue très hétérogène à l'échelle des macrozones. Dans chaque macrozone, les fissures formées sont situées soit dans le plan de base, soit dans l'un des plans prismatiques, suivant le système de glissement ayant la cission résolue maximale. Outre l'orientation cristallographique de la macrozone, la densité de fissuration dépend également de l'orientation de la direction de glissement par rapport à la surface. Finalement, nous avons pu établir une loi d'évolution de la densité de fissuration en fonction de l'amplitude de cisaillement et de l'orientation cristallographique de la macrozone vis-à-vis de la sollicitation et de la surface. Notre étude a également montré que deux mécanismes distincts interviennent lors de la propagation des fissures : la coalescence de fissures entre elles et la propagation pure. L'importance de la coalescence croît avec la densité d'amorçage de la macrozone et est donc liée à son orientation cristallographique. Au contraire, la propagation pure ne dépend que très peu de l'orientation cristallographique des macrozones. De plus, lorsque la taille de la fissure est inférieure à celle de la macrozone, la propagation pure s'apparente à un régime de fissure courte dont la principale barrière microstructurale est l'interface entre macrozones. D'autre part, des observations expérimentales ont montré qu'au-delà de 500 µm, la propagation d'une fissure en fond d'entaille suit une loi de Paris. L'ensemble de ces résultats nous a permis de proposer un modèle de propagation de fissure en fond d'entaille. Enfin, un modèle prédictif de durée de vie a été construit, fondé sur des calculs de facteurs de Schmid dans des macrozones assimilées à des monocristaux de titane-α. Ce modèle permet une bonne approximation des durées de vie minimales d'éprouvettes lisses. Il fournit en outre une bonne compréhension des fortes variations de durées de vie d'éprouvettes entaillées, en considérant l'orientation cristallographique de la macrozone située dans la zone d'amorçage.

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Seyedi, Seyed Mohammad. "Formation, propagation et coalescence dans un réseau de fissures en fatigue thermique." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00133778.

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Abstract:

Des réseaux de fissures dues à de la fatigue thermique à grand nombre de cycles (faïençage thermique) ont été mis en évidence dans certains composants de centrales nucléaires. L'estimation de durée de vie des composants est d'une importance vitale pour définir des programmes de maintenance. Une solution analytique de calcul du facteur d'intensité des contraintes a été développée pour étudier l'effet du chargement thermomécanique. Vu la complexité du chargement thermique et le phénomène de propagation dans un réseau de fissures, un outil de simulation numérique a été mis au point. Il s'agit d'un outil de remaillage automatique et une stratégie de propagation dans un réseau basée sur l'incrément de longueur de fissures. Un modèle probabiliste qui prend en compte l'hétérogénéité du matériau lors de la formation, propagation et coalescence dans un réseau est ensuite présenté. Ce modèle peut être implanté dans un code de calcul par éléments finis comme un modèle d'endommagement.

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Amargier, Rémi. "Amorçage de fissures et gradient de contrainte en fretting et en fatigue." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00728236.

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Abstract:

Cette étude traite de la prise en compte du gradient de contrainte et du frottement pour calculer l'amorçage de fissures en fatigue. On s'intéresse notamment au dimensionnement d'une manille en Inconel 718 munie de bagues en Inconel 718montées avec interférence. Pour cela, on réalise des essais de fretting et de fatigue pour étudier les conditions d'amorçage de fissures en présence de gradient de contrainte et de frottement. Les résultats expérimentaux mettent en évidence l'effet du gradient des contraintes sur l'amorçage de fissures et justifient la prise en compte du gradient pour le dimensionnement en fatigue des structures. A travers ces essais balayant une gamme de gradient de contrainte étendue, on confirme que la présence d'un gradient de contrainte retarde l'amorçage de fissures. Les avantages et les inconvénients de plusieurs approches de fatigue multiaxiale intégrant le gradient de contrainte sont étudiés. De cette analyse, une proposition est faite permettant de décrire au mieux les résultats expérimentaux de fatigue et de fretting. Cette approche s'appuie sur l'utilisation d'une fonction de poids dépendant du gradient de la pression hydrostatique. Cette approche est similaire à des approches mises en oeuvre sur d'autres problématiques de fatigue ce qui permet de dégager quelques points de convergence pour traiter le problème du gradient de contrainte en fatigue. Un essai de fatigue sur une manille munie d'une bague montée avec interférence est réalisé. L'effet du gradient de contrainte sur l'amorçage de fissures dans ce système est trop faible pour que l'utilisation d'une approche intégrant l'effet de gradient soit pertinente. Cette observation est cohérente avec les résultats expérimentaux précédents obtenus dans cette étude. L'inconel 718 apparaît donc comme un matériau peu sensible à l'effet de gradient de contrainte. Une approche de fatigue multiaxiale de type Crossland permet une description raisonnable de la durée de vie du système. Une analyse numérique montre que la tenue en fatigue du système est peu sensible au coefficient de frottement alors que l'interférence a un impact beaucoup plus important.

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Salapete, Raphael. "Propagation des fissures de fatigue dans les culasses automobiles : expériences et modélisation." Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2007ENMP1566.

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Jiang, Zhen Dong. "Modélisation numérique de l'intéraction mécanique entre fissures parallèles et application en fatigue." Poitiers, 1991. http://www.theses.fr/1991POIT2288.

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Abstract:

Le facteur d'intensite de contrainte a ete calcule numeriquement a l'aide d'un code aux elements finis pour des fissures paralleles dans une plaque de dimension finie. Les relations proposees se rapportent aux cas suivants: a) deux ou trois fissures bidimensionnelles (2d) laterales ou centrales; b) deux fissures de surface tridimensionnelles et centrales; c) deux fissures laterales et de longueurs differentes. Les relations obtenues pour les fissures en 2d laterales ont ete validees experimentalement. Une simulation numerique des cinetiques d'ouverture et de fermeture de deux fissures 2d laterales a ete effectuee et verifiee experimentalement

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Toumi, Ahmed. "Etude du processus de propagation de fissures par fatigue dans le beton." Toulouse 3, 1998. http://www.theses.fr/1998TOU30197.

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Abstract:

Ce travail, couplant une partie experimentale et une partie numerique est centre sur l'etude de la propagation de fissures de fatigue dans le beton. La partie experimentale s'interesse a l'etude du processus de developpement de fissures d'un point de vue phenomenologique, tandis que l'etude numerique s'attache a modeliser le comportement reel des eprouvettes en tenant compte des principaux mecanismes observes. L'etude est effectuee sur des eprouvettes de micro-beton, encochees et testees en mode i de rupture par flexion trois points. Les essais sont conduits sous atmosphere saturee, et l'observation du processus de propagation est realisee au microscope electronique a balayage (meb), moyennant la technique de simple replique. Les resultats d'observations microscopiques montrent que, sous chargement statique, l'amorce d'une fissure unique se produit a un seuil d'environ 60% du pic de charge. Les resultats d'observations montrent que les mecanismes de propagation des fissures de fatigue, similaires en surface et au cur des echantillons, se caracterisent essentiellement par des phenomenes de branchements. Contrairement aux essais statiques, le front de fissure est plat des les premiers cycles. Les branchements se sont reveles etre le resultat de la forte interaction entre les surfaces de fracture. Les longueurs de fissures evaluees par la methode de la compliance sont en effet tres sous estimees en comparaison avec les longueurs mesurees. La cinetique de propagation est confrontee au modele de paris. Les resultats montrent que la validite de ce modele est etroitement liee au taux de charge maximal des cycles. La modelisation numerique proposee par elements finis est de type elastique avec fissure cohesive, ou un critere en contraintes determine le critere de propagation. La loi de comportement en traction introduite s'appuie d'une part sur la resistance en traction et l'energie de fissuration mesurees, et d'autre part sur la loi d'hysteresis determinee par methode inverse. Le modele est valide sur les essais de flexion statiques et cycliques.

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Seyedi, Seyed Mohammad. "Formation, propagation et coalescence dans un réseau de fissures en fatigue thermique /." Cachan : LMT-Cachan, 2004. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb39914632m.

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Denarié, Emmanuel. "Etude expérimentale des couplages viscoélasticité-croissance des fissures dans les bétons de ciment /." [S.l.] : [s.n.], 2000. http://library.epfl.ch/theses/?nr=2195.

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Ancelet, Olivier. "Etude de l'amorçage et de la propagation des fissures sous chargement thermique cyclique 3D." Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2308.

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Abstract:

L'incident survenu sur la centrale de Civaux a remis en cause la prise en compte de la fatigue thermique. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'amorçage et la propagation de fissure sous sollicitation thermique seule. Pour cela le CEA a développé un nouvel essai baptisé FAT3D. Les différents essais réalisés ont montré la nocivité d'un chargement thermique, qui permet d'amorcer rapidement un réseau de fissure et de faire propager des fissures jusqu'à traverser complètement le composant dans certaines conditions. Coté amorçage, ces résultats expérimentaux associés à une analyse mécanique aux éléments finis mettent en défaut les critères usuels d'endommagement basés sur les variations de la déformation équivalente. L'étude de la propagation montre l'importance de la plasticité qui, dans le cas d'un chargement thermique, ralentit la propagation de la fissure The incident which has occurred on the Civaux power plant has shown the nocivity of thermal loading and the difficulty to take into account at design level. The objective of this paper is to study the initiation and the propagation of crack under thermal loading. In this aim the CEA developed a new experiment named FAT3D. The various experiments carried out showed the harmfulness of a thermal loading, which makes it possible to rapidly initiate a network of cracks and to propagate one (or some) cracks through the totally thickness of the component under certain conditions. These experimental results associated with a mechanical analysis put at fault the usual criteria of damage based on the variations of the equivalent strain. In addition, the study of the propagation stage shows the importance of the plasticity which, in the case of a thermal loading, slows down the propagation of the crack

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Trollé, Benoît. "Simulation multi-échelles de la propagation des fissures de fatigue dans les rails." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0033.

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Abstract:

Sous l’effet des sollicitations mécaniques répétées induites par les passages des trains, on observe l’apparition de fissures de fatigue de contact dans les rails. Une fois amorcées, celles-ci peuvent se propager et mener à la rupture du rail. Dans un contexte d’intensification du trafic et d’augmentation globale des vitesses de circulation, il devient stratégique pour SNCF d’optimiser sa politique de maintenance. Afin de définir des pas de surveillance adaptés et une planification optimisée des opérations de maintenance, une meilleure connaissance des mécanismes d’endommagement par fatigue du rail s’avère nécessaire. Tendre vers cette stratégie de maintenance prédictive passe par la mise en place d’outils de simulation numérique adaptés. Dans ce contexte, une chaîne d’outils a été développée : détermination des sollicitations transmises au rail, des champs de contraintes et de déformations résiduelles, localisation des zones critiques vis-à-vis du risque de fissuration. L’étape suivante consiste à estimer le risque lié à la présence de fissures et à étudier leurs propagations. Elle constitue une partie des objectifs de ces travaux de thèse. La résolution du problème tri-dimensionnel d’une structure fissurée, avec contact et frottement entre les lèvres, est effectuée grâce à un modèle tri-dimensionnel éléments finis étendus multi-échelles. Ce modèle fait appel à une formulation mixte stabilisée où chaque champ est écrit à l’aide d’enrichissement. La fissure est représentée grâce à une stratégie implicite-explicite. Le problème est résolu à l’aide du solveur non-linéaire LATIN. Une étude empirico-numérique a permis de proposer des formules a priori assurant à la méthode de résolution un taux de convergence proche de l’optimal. La simulation de la propagation des fissures de fatigue est réalisée à l’aide de critères spécifiques, adaptés à un chargement multi-axial et non-proportionnel, et d’une loi de propagation dédiée en mode mixte. La confrontation des résultats de simulation avec des essais réalisés sur une configuration cylindre-plan a validé la stratégie X-FEM/LATIN à deux échelles. Tous ces développements ont été implémentés dans le code de calcul éléments finis CAST3M. Des contraintes résiduelles réalistes, provenant d’un logiciel externe, ont été introduites. Cette étape a requis la mise en place d’une procédure de transfert des champs entre les deux maillages (celui utilisé pour le calcul des contraintes résiduelles et celui utilisé pour la résolution du problème de mécanique élastique linéaire de la rupture). L’étude de la flexion du rail a révelé l’influence de ce phénomène uniquement lors du passage du chargement sur la fissure.Enfin, une étude numérique a montré la très forte influence de l’orientation du chargement tangentiel, des contraintes résiduelles et de la présence de plusieurs fissures sur la direction et les vitesses de propagation des fissures de fatigue To optimize the rail grinding strategy, the prediction of crack growth rates has a vital role. Contact, with friction between the crack faces, notably occurs in rolling contact fatigue (RCF) problems. These time-dependent, multi-axial, non proportional loadings may lead to a crack initiation and propagation, and sometimes to the development of very complex 3D crack network. Numerical simulations of frictional fatigue crack are efficiently performed using the eXtended Finite Element Method (X-FEM). Within this method, the mesh does not need to conform to the crack geometry. Most difficulties associated to complex mesh generation around the crack and the re-meshing steps during the propagation are hence avoided. A 3D two-scale frictional contact fa-tigue crack model developed within the X-FEM framework is presented. It allows the use of a refined discretization of the crack interface independent from the underlying finite element mesh and adapted to the frictional contact crack scale. The model is used here to analyze the crack propagation, rate and direction, under rolling contact fatigue. The wheel-rail contact loading is modeled as a traveling hertzian load. The stress intensity factors are computed at the crack tips during the wheel passage. Criteria for determining crack growth direction under multiaxial non proportional conditions and mixed mode Paris’ law are used. Actual residual stresses are accounted for in the simulation. They are determined thanks to a dedicated model used at SNCF in which the asymptotic mechanical state of the rail is computed when submitted to cyclic loads. A non-uniform elastic-plastic stabilized state is calculated and introduced, by projection of the mechanical fields onto the finite element mesh, in the crack propagation simulation. All this strategy has been implemented in CAST3M and is now used to model 3D frictional crack growth under RCF

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Benguediab, Mohamed. "Etude de propagation des fissures de fatigue sous spectres de chargement réduitsTexte imprimé." Poitiers, 1989. http://www.theses.fr/1989POIT2298.

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Abstract:

Cette etude a pour objet la caracterisation de la propagation des fissures de fatigue sous spectres de chargement reduits comparativement a la propagation sous chargement d'amplitude constante dans le cas d'un alliage d'aluminium 2024-t351. Les spectres reduits consideres sont issus de l'historique statistique des contraintes sur l'intrados de l'aile d'un avion civil. Les resultats experimentaux permettent de decrire la croissance des fissures par vol en fonction du facteur d'intensite de contrainte maximal k#m#a#x et de mesurer la duree de vie correspondant a la croissance entre deux longueurs de fissure. La prise en compte de l'effet de fermeture a permis d'optimiser l'estimation de la duree de vie faite selon une demarche classique de cumul lineaire dans le domaine de propagation superieur a une transition dans le mecanisme de propagation appelee t#2. Une methode d'analyse fractographique quantitative a ete mise au point. Il est montre que l'evolution des facies, pour k#m#a#x superieur a t#2, est essentiellement controlee par le niveau du chargement le plus eleve. Par contre, pour les faibles valeurs de k#m#a#x (en dessous de t#2), le parametre dominant est le cycle sol-air-sol. Un modele base sur les concepts energetiques est propose. Ce modele, qui permet l'etablissement d'un chargement d'amplitude constante equivalent, conduit a une meilleure prevision de la duree de vie pour les spectres sans surcharges

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Johnson, Philippe. "Propagation des fissures en fatigue par chocs : développement d'une méthodologie et étude experimentale." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1989. http://www.theses.fr/1989NAN10415.

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Abstract:

L'étude porte sur la propagation des fissures dans les matériaux métalliques soumis à des chocs repétés. Un dispositif expérimental permet de solliciter des éprouvettes entaillées par des impacts successifs, et les résultats obtenus sur ce dispositif sont comparés à ceux obtenus en fatigue conventionnelle sur une machine hydraulique. L’importante vitesse de déformation générée par les chocs n'affecte pas la propagation des fissures, mais la forme du cycle, une succession de pics d'amplitudes décroissantes, est déterminante. Une attention particulière a été apportée au phénomène de fermeture de fissure

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Oni, Olorunnisola. "Contribution à l'étude des fissures courtes se propageant en fatigue dans les aciers." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPI214.

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Abstract:

Le travail a été entrepris afin de pouvoir comparer le comportement des grandes et des petites fissures de fatigue dans deux alliages identiques en acier à haute résistance (le 30 NCD16 et le 16 NCD13). Pour arriver à ce but, les éprouvettes compactes entaillées ont été choisie pour l’étude du comportement des grandes fissures et les essais effectués nous ont permis de déterminer le seuil de non-fissuration de ces matériaux. Quant au comportement des petites fissures, les barreaux micro-entaillées en flexion ont été utilisés. L’ensemble de nos études nous ont permis d’avancer les conclusions suivantes : malgré une légère différence entre les caractéristiques mécaniques (telles que la limite d’élasticité, la résistance à la rupture, la striction et l’allongement) des deux matériaux, le seuil de non-fissuration de l’acier 30 NCD16 est approximativement deux fois plus grand que celui du 16 NCD13. Les valeurs moyennes du seuil retenues sont de 3MPaVm (16NCD13) et de 6MPaVm (3ONCD16). Dans une éprouvette micro-entaillée particulièrement par électroérosion, et au début de la fissuration, il n’y a jamais une seule fissure, mais plusieurs petites fissures non-traversantes qui se propagent à grand nombre de cycles à l’intérieur de l’éprouvette sans aucune indication à l’extérieur. Les petites fissures non-traversantes s’amorcent soit à partir des irrégularités soit à partir des irrégularités en combinaison avec les inclusions dans la matrice. Quel que soit le matériau choisi, le 30 NCD16 ou le NCD13, ces petites fissures se propagent différemment des grandes fissures et peuvent se propager pour des valeurs du facteur d’intensité de contrainte K inférieur à celle du seuil de non-fissuration du matériau.

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Oni, Olorunnisola. "Contribution à l'étude des fissures courtes se propageant en fatigue dans les aciers." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37600148n.

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Chevalier, Jérôme. "Etude de la propagation des fissures dans une zircone 3Y-TZP pour applications biomédicales." Lyon, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAL0129.

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Abstract:

La zircone 3 Y-TZP a été introduite en orthopédie en 1985 pour la réalisation de têtes de prothèses de hanche en céramiques. Ses qualités exceptionnelles (propriétés mécaniques, frottement) ont permis à la zircone 3 Y-TZP de se développer au dépend de l'alumine voire des métaux. Pour des applications biomédicales, l'évaluation de la durée de vie des matériaux et des pièces en fonctionnement est capitale. Nous avons montré que la zircone comme toutes les céramiques est sensible au phénomène de propagation sous critique des fissures. Notre but a donc été de quantifier et comprendre ce phénomène, après avoir réalisé une étude critique de validation sur nos méthodes de mesure (tests de double torsion et de fatigue sur indentation Vickers). Nous avons montré le rôle fondamental joué par les molécules d’eau qui agissent en diminuant l'énergie nécessaire à la rupture des liaisons de la céramique. Nous avons proposé un mécanisme de corrosion sous contrainte dans les mêmes termes que ceux de Lawn pour la propagation dans le verre (seuil de fissuration, trois stades de propagation, activation thermique. . . ). Nous avons aussi mis en avant le renforcement par transformation de phase qui est d'autant plus important que la taille de grains est grossière. Sous chargement cyclique, nous avons observé une dégradation limitée de la résistance à la propagation des fissures que nous attribuons à une détérioration des mécanismes de renforcement (pontage et transformation de phase). Le résultat principal de notre étude est la mise en évidence très nette de seuils de fissuration, que ce soit sous chargement statique ou cyclique, en dessous desquels aucune propagation sous critique n'apparaît. Ces seuils sont d'un intérêt théorique et pratique évident. Ils définissent en outre un coefficient de sécurité pour les têtes fémorales The Slow Crack Growth (SCG) behavior of different 3Y-TZP is investigated under bath static and cyclic solicitations, in different media, by the double torsion method and by flexural tests on indented bars. After a preliminary study of the testing methods themselves (validity conditions), we have studied the materials properties. Crack propagation under static conditions is related to stress corrosion at the crack tip by water molecules. Indeed, crack propagation is limited under vacuum conditions and accelerated in water. A typical three stage law is obtained in air, with the presence of a well-defined threshold under which no propagation occurs. An activation energy of about 70 KJ/mol. Has been calculated by measurements from crack velocity measurements from 3°C to 85°. The role of crack tip phase transformation on crack propagation has been investigated. It appears that 3Y-TZP with the largest grain size exhibit the best resistance to crack propagation as a direct consequence of transformation toughening. Crack propagation under cyclic conditions is due to stress corrosion assisted by mechanical degradation. Crack velocity are one or two order of magnitude higher under cyclic fatigue than that predicted by SCG laws under static fatigue as a consequence of crack bridging and/or crack tip shielding degradation. A stress intensity factor threshold is still observed under cyclic solicitations. Its value depends on the loading conditions and the amount of crack tip degradation

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Jung, Olivier. "Influence du grenaillage sur la propagation des fissures." Poitiers, 1997. http://www.theses.fr/1997POIT2315.

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Abstract:

L'objectif de la these est de developper un modele de propagation de fissure par elements finis dans une structure tridimensionnelle en presence de contraintes residuelles. La nature du travail est essentiellement numerique. La premiere partie presente un modele de relaxation de contraintes residuelles sous chargement cyclique, base sur une simulation complete du phenomene, grace a un calcul viscoplastique cyclique par elements finis. Le champ de contraintes residuelles ainsi obtenu peut alors etre introduit dans le calcul de propagation en tant que parametre de chargement supplementaire. En se placant dans le cadre de la mecanique lineaire de la rupture, une comparaison des methodes, numeriques et analytiques, permettant d'evaluer un fic en presence ou non de contraintes residuelles, est effectuee. Un modele general de propagation de fissure par elements finis est alors propose. Les applications de ce modele sont aussi presentees : propagation de fissure sous chargement periodique avec ou sans contraintes residuelles, propagation sous chargement complexe. Dans tous les cas, les previsions du modele sont corrects d'un point de vue qualitatif. Dans le cas de la propagation sous grenaillage, le modele est en bon accord avec l'experience.

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Lebaillif, David. "Fissuration en fatigue des structures mécano-soudées soumises à un environnement mécanique complexe." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00695047.

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Abstract:

Dans ce travail, une démarche d'analyse en fatigue des structures mécano-soudées industrielles soumises à des environnements mécaniques complexes est proposée. Basée sur une approche multi-échelle et sur le principe de superposition, elle utilise la méthode des éléments finis pour déterminer une carte du dommage de la structure avant de se focaliser sur l'amorçage de fissures. La propagation est traitée en couplant l'approche locale du dommage - le multi amorçage -, avec la prise en compte de la souplesse de la stucture fissurée au moyen d'éléments ressorts et grâce au developpement de Boites à Fissures, utilisées pour le calcul des facteurs d'intensité de contrainte, l'analyse de la bifurcation et de l'ouverture des fissures pour les chargements variables. Tous ces développements ont permis de créer une démarche et un outil permettant de traiter, sans remaillage, de l'amorçage d'une fissure jusqu'à la ruine, et qui ont été mis en oeuvre sur une structure industrielle

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Alexandre, Franck. "Aspects probabilistes et microstructuraux de l'amorçage des fissures de fatigue dans l'alliage Inco 718." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00161472.

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Abstract:

Ces dernières années les développements des traitements thermomécaniques ont conduit à l'utilisation de l'alliage 718 à l'état DA (Direct Aged). Cette optimisation de l'alliage conduit de façon générale à une augmentation de la durée de vie en fatigue mais aussi de sa dispersion. L'objectif de cette étude est d'une part la compréhension des mécanismes d'amorçage en fatigue et d'autre part la modélisation de la durée de vie et de sa dispersion. Dans un premier temps une étude expérimentale des sites d'amorçage de fissures de fatigue a permis d'identifier les particules comme principale source d'amorçage pour l'alliage à grains fins. Des essais de traction interrompus ont par ailleurs montré que leur fissuration se produit lors du premier quart de cycle en fatigue. Des essais de comportement en fatigue ont ensuite été réalisés pour différentes tailles de grain. Enfin, des mesures directes de propagation de petites fissures en fatigue oligocyclique amorcées sur des micro-défauts d'électroérosion ont été réalisées à l'aide d'un microscope à grande distance focale. Cette technique a permis d'observer l'interaction de microfissures. Un modèle de durée de vie en fatigue est proposé. Il est basé sur la compétition entre trois mécanismes d'amorçage: l'amorçage sur particules surfaciques, internes et en stade I. L'amorçage sur particules est considéré instantané au passage d'une contrainte seuil. Le nombre de cycles à l'amorçage en stade I est déterminé à l'aide du modèle de Tanaka et Mura. Le modèle de propagation utilisé est celui de Tomkins, identifié à partir des mesures expérimentales de propagation de petites fissures. Le modèle proposé comporte trois niveaux: déterministe, probabiliste et probabiliste avec prise en compte des phénomènes de coalescence de petites fissures.

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Junet, Arnaud. "Étude tridimensionnelle de la propagation en fatigue de fissures internes dans les matériaux métalliques." Thesis, Lyon, 2021. http://www.theses.fr/2021LYSEI006.

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Abstract:

La fatigue est le principal phénomène causant la rupture de structures mécaniques. Pour les très grandes durées de vie, l’amorçage des fissures menant à la rupture des pièces en service passe de la surface au volume. Du fait des difficultés expérimentales, la propagation des fissures internes n’a que très peu été étudiée in situ et en 3D. Il est cependant crucial du point de vue du dimensionnement de connaître le comportement de telles fissures. Dans ces travaux, le suivi in situ de l’amorçage et de la propagation de fissures internes a été réalisé par tomographie aux rayons X (source synchrotron). Premièrement, une méthode de fabrication d’éprouvettes a été élaborée pour permettre de visualiser de manière systématique, non destructive et en 3D la propagation à 20 Hz de fissures internes dans un alliage de titane (Ti-6Al-4V). Un défaut artificiel a pour cela été usiné à la surface d’une tôle laminée de ce matériau. Une seconde tôle, placée sur la première, a été soudée par diffusion au frittage flash, permettant ainsi de rendre le défaut volumique. Des essais de fatigue in situ ont permis de montrer le rôle crucial de l’environnement (vide) ainsi que, dans une moindre mesure, celui de la texture cristallographique sur les vitesses de propagation des fissures internes. Deuxièmement, une machine de fatigue ultrasonique (fréquence de cyclage de 20 kHz) permettant de réaliser des essais in situ au synchrotron a été utilisée pour étudier la propagation 3D de fissures internes dans des éprouvettes d’alliage d’aluminium A357-T6 contenant un défaut interne artificiel. L’obtention préalable de la distribution 3D des grains par tomographie en contraste de diffraction (DCT) a permis d’étudier les mécanismes d’interaction entre la microstructure et le chemin de fissuration en 3D Fatigue is the main phenomenon causing the failure of mechanical structures. For very long service lives the initiation of cracks leading to the failure of in service mechanical parts changes from surface to volume. Due to experimental difficulties the propagation of internal cracks has only been studied to a limited extent in situ and in 3D. However, it is crucial from a dimensional point of view to know the behaviour of such cracks. In this work, in situ monitoring of the initiation and propagation of internal cracks was carried out by X-ray tomography (synchrotron source). Firstly, a method for manufacturing specimens was developed to enable systematic, non-destructive, and 3D visualization of the propagation of internal cracks in a titanium alloy (Ti-6Al-4V) at 20 Hz. For this purpose, an artificial defect was drilled on the surface of a rolled sheet of this material. A second sheet, placed on top of the first one, was diffusion bonded by spark plasma sintering, making it possible to make the defect volumetric. In situ fatigue tests showed the crucial role of the environment (vacuum) and, to a lesser extent, that of the crystallographic texture on the internal crack propagation rates. Secondly, an ultrasonic fatigue machine (cycling frequency of 20 kHz) allowing in situ testing at the synchrotron was used to study the 3D propagation of internal cracks in A357-T6 aluminium alloy specimens containing an artificial internal defect. The 3D grain distribution obtained by Diffraction Contrast Tomography (DCT) was used to study the interaction mechanisms between the microstructure and the 3D crack path

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Erny, Carole. "Prévision de l'amorçage de fissures de fatigue dans des assemblages soudés pour applications navales." Brest, 2010. http://www.theses.fr/2010BRES2063.

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Abstract:

Les structures navales sont classiquement assemblées par soudage et demeurent soumises en service à des chargements variables et complexes. Le procédé de soudage entraîne l’apparition de géométries particulières en pied de cordon générant des concentrations de contraintes locales et des variations de propriétés mécaniques au sein de la zone affectée thermiquement. Les joints soudés représentent alors des sites privilégiés d’endommagement par fatigue. Dans un précédent travail, une méthodologie destinée à estimer la durée de vie en fatigue a été développée et mise en œuvre sur des joints soudés bout à bout. Ce présent travail s’attache cette fois à des assemblages plus complexes afin de valider cette méthode et calculer la durée de vie de structures destinées à des applications navales. Tout d’abord, cette méthode repose sur l’étude de l’adaptation élastique de la structure suivie d’un post-traitement destiné à la prévision de la durée de vie à l’amorçage. Une comparaison entre résultats expérimentaux et numériques est proposée et permet de conclure sur la validité de la stratégie proposée pour calculer la durée de vie en fatigue d’assemblages soudés représentatifs de structures industrielles Ship structures are usually built by using welding process and are submitted to some variable and complex loadings. The welding process induces specific geometries at the weld toe where local stress concentrations are generated and also creates various mechanical properties in the heat affected zone. Accordingly, welded joints could be a critical area for fatigue damage. In a previous work, a methodology to predict fatigue life has been developed and tested on butt-welded joints. To go further, the present work focuses on more complex assemblies in order to validate this strategy and be able to estimate the fatigue life of representative ship structures. First, the methodology consists of the elastic shakedown study of the structure and then of a post-treatment which predicts the fatigue crack initiation. A comparison between experimental and numerical results is proposed in order to present the accuracy of the proposed strategy to predict fatigue life time of welded assemblies typical of shipbuilding applications

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Welsch, Markus Theodor. "Formation des micro fissures aux joints des grains : influence de l'orientation sur les contraintes locales et sur la formation des micro fissures." Thesis, Metz, 2011. http://www.theses.fr/2011METZ044S.

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Abstract:

La plupart des matériaux sont par nature anisotropies (élastiques, plastiques). Ces anisotropies peuvent présenter des directions favorables ou peuvent au contraire détériorer les propriétés mécaniques des polycristaux. Dans le second cas, les anisotropies des propriétés mécaniques entraînent des déformations élastiques, des contraintes internes, ainsi que des rotations élastiques locales supplémentaires. Ces contraintes additionnelles sont à l’origine de dommages locaux, comme par exemple des porosités ou la propagation de microfissures. L’amplitude de ces contraintes est fortement dépendante à la fois de l’alignement des joints de grains avec la direction des sollicitations mécaniques et de la désorientation entre grains. Dans ce travail, l’influence des hétérogénéités microstructurales sur les contraintes internes dans les zones proches des joints de grains après des essais de fatigue (en traction et en flexion) ont été étudiée expérimentalement et théoriquement. Pour cette étude, nous avons choisi d’étudier des tôles de nickel pur et de Fe-3%Si. Ces matériaux sont connus pour leurs facteurs d’anisotropie élastique élevés. L’utilisation d’un microscope optique a permis la détermination de l’alignement des joints de grains. L’orientation cristallographique locale est déterminée par EBSD. Ces données expérimentales sont la base d’un modèle élément fini 3D en élasticité. Ces simulations ont permis la détermination de fortes contraintes internes dans les zones proches des joints de grains. Nous avons d’ailleurs observé expérimentalement que des microfissures apparaissent dans ces zones. L’utilisation d’un microscope électronique à balayage équipé du système ECCI permet d’observer les structures de dislocation formées au cours de la déformation dans les zones proches des joints de grains. Par exemple après un essai de fatigue, on observe que les structures de dislocation ne sont pas uniformément réparties dans les grains. En parallèle, la nano-indentation a été utilisée pour déterminer localement les différences de propriétés mécaniques causées par le durcissement local. Le microscope à force magnétique s’avère également une méthode efficace pour observer les structures de dislocation dans le nickel. Le but de toutes ces caractérisations est de contribuer à la compréhension de la formation des fissures et des mécanismes de propagation de fissure et aussi de prédire la position des fissures For the case of damaging the anisotropic elastic material behaviour causes additional stresses due to elastic misalignments and the local orientation differences at boundary surfaces. These additional stresses can act as additional driving force for the local damage process. The amount of these additional stresses is strongly dependent on the alignment of the grain boundary with respect to the loading direction and the orientation difference between the two adjacent grains. The influence of microstructural inhomogeneities on the local stresses within the boundary areas during bending and fatigue was investigated by experiments and simulations of Fe-3%Si and Ni specimen. The alignment of the grain boundaries was measured by optical microscopy (LM) and the local crystallographic orientations by electron backscatter diffraction (EBSD). The use of this data for three-dimensional finite element method calculations (FEM) for specimens close to reality obtained as a result, the places with the highest incompatibility stresses at grain boundaries. The use of electron channelling contrast imaging (ECCI) enables to observe characteristics in the dislocation structures at these specific positions and permits to reproduce the damage evolution up to the crack propagation. The nanoindentation technique (NI) and for the first time the magnetic force microscopy (MFM) were both adopted in addition to the local characterization with the objective to contribute to the understandings of crack initiation and crack propagation Bei der Schädigung bedingen die lokalen Orientierungsunterschiede an Grenzflächen und das anisotrop-elastische Materialverhalten durch elastische Fehlpassungen Zusatzspannungen. Diese können als zusätzliche treibende Kraft für die lokalen Schädigungsvorgänge wirken. Die Stärke der Zusatzspannungen hängt stark von der Lage der Korngrenze in Bezug zur Belastungsrichtung und dem Orientierungsunterschied der angrenzenden Körner ab. Der Einfluss von Inhomogenitäten auf die lokalen Spannungen im Bereich der Grenzflächen bei Biegung und Ermüdung wurde mittels Experimenten und Simulationen an Proben aus Fe-3%Si und Ni untersucht. Die Lage der Korngrenzen wurde durch Lichtmikroskopie (LM) und die lokale kristallographische Orientierung durch Electron Backscatter Diffraction (EBSD) gemessen. Die Nutzung dieser Daten für dreidimensionale Finite-Elemente-Methode-(FEM)-Rechnungen der lokalen Spannungen realitätsnaher Proben ergibt als Ergebnis die Orte mit den höchsten Inkompatibilitätsspannungen an Korngrenzen an. Mittels Electron Channelling Contrast Imaging (ECCI) konnten an diesen Orten Besonderheiten in den Versetzungsstrukturen festgestellt werden, und der Schädigungsverlauf bis zum Risswachstum nachvollzogen werden

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Le, Gorju Jago Karine. "Influence de la cristallisation sous contrainte sur l'endurance et la propagation des fissures de fatigue dans les élastomères." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1998. http://www.theses.fr/1998ECAP0699.

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Abstract:

L'objectif de notre travail est de dégager et d'etudier la paramètre qui gouvernent la tenue en endrance et en propagation de fissures d'une formulation industrielle à bace sde caoutchouc naturel chargé christallisable sous contrainte. L'influence de la cristallisation sur le comportement en fatigue est primordiale tant que le cycle de fatigue reste en traction. Ses effets sont autant spectaculaires en endurance qu'en propagation de fissures. L'effet de la cristallisation est retardé lorsque la température d'essai augmente. A 90°C la cristallisation n'opère plus. Des modélisations du comportement en endurance ont été proposés et montrent bien l'importance simultanée de la contrainte moyenne et de la contraine alternée sur les durées de vie. Tenant compte de ces deux paramètre un courbe S-N ou un diagramme de Haigh permet de prédire la tenue en fatigue dans le cas de sollicitation uniaxiales, en tenant compte des effets de renforcement dus à la cristallisation. Dans le cas de forts niveaux de compression l'analyse des contrainte et déformations locales, couplée au suivi par tomographie au rayons X des fissures ont permis de de conclure que la contrainte principale de cisaillement était un bon critère d'amorçage. Les approches classiques de l'apllication de la mécanique de la rupture ont été revues et adaptées. Elles ont permis de différencier les lois de fissuration en état de contrainte plane et en état de déformation plane. Le processus de fissuration est régi par la formation d'une structure anisotrope en fonds de fissure qui se traduit sur les courbes de fissuration par une forte dépendance vis à vis du rapport de charge. D'autre par, l'ensemble de ce mémoire tend à montrer que l'endommagement par fatigue du caoutchouc est le résultat de trois types de contributions : mécanique, chimique et environnemental : la température est un paramètre d'autant plus important qu'il participe à l'augmentation du dommage mécanique à la multiplication des réactions de thermo-oxydation et à la réduction de la cristallisation.

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Cerveny, Radim. "Etude de la propagation des fissures de fatigue dans l'alliage d'aluminium 7010-T7651 : fermeture et influence de la microstructure et de la géométrie des éprouvettes." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0368.

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Abstract:

La propagation des fissures de fatigue dans l'alliage d'aluminium 7010-T7651 est observée localement en plusieurs endroits le long de l'épaisseur d'une éprouvette CT en utilisant différentes méthodes expérimentales. La partie centrale, non accessible pour les méthodes classiques, est observée grâce à une nouvelle méthode ultrasonore appelée MU3F, basée sur la diffraction d'un faisceau ultrasonore focalise sur le front de fissure. Une attention particulière a été consacrée au phénomène de fermeture. La fermeture est mesurée globalement par la méthode de complaisance et localement par l'appareil ultrasonore. Les mesures locales ont fourni des informations concernant la taille de la zone fermée et les variations de la fermeture en différentes sections de l'épaisseur. Un modèle simple est proposé pour quantifier l'intensité de fermeture en fonction de la distance derrière le front. L’influence de la géométrie des éprouvettes et de l'orientation par rapport à la direction du laminage des tôles sur la propagation des fissures est étudiée. La comparaison entre les résultats des essais de fatigue réalisés sur les éprouvettes épaisses et les éprouvettes minces montre un désaccord avec l'opinion générale selon laquelle la vitesse de fissuration croit lorsque l'épaisseur de l'éprouvette augmente. Ce fait est expliqué par l'importance de la fermeture induite par rugosité plutôt que la fermeture induite par plasticité

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Agbessi, Komlan. "Approches expérimentales et multi-échelles des processus d'amorçage de fissures en fatigue sous chargements complexes." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00867947.

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Abstract:

Les méthodes de calcul en fatigue à grande durée de vie sont en cours de développement depuis des décennies et sont utilisées par les ingénieurs pour dimensionner les structures. Généralement, ces méthodes se basent sur la mise en équations de quantités mécaniques calculées à l'échelle macroscopique ou mésoscopique. Les critères de fatigue multiaxiale reposent généralement sur des hypothèses de changement d'échelle dont l'objectif est d'accéder à l'état de contraintes ou de déformations à l'échelle du grain. Dans les approches de type plan critique (Dang Van, Papadopoulos, Morel), l'amorçage d'une fissure de fatigue est considéré comme piloté par une quantité mécanique liée à une orientation matérielle particulière (plan critique). Si ces phénomènes sont bien établis dans le cas des chargements uniaxiaux, la nature des mécanismes liés à l'activation des systèmes de glissement, à la multiplicité du glissement et aux différents sites préférentiels d'amorçage de fissures sous chargements complexes reste peu connue.Afin de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement en fatigue multiaxiale, les techniques d'analyse et de caractérisation de l'activité plastique (activation des systèmes de glissements, bandes de glissement persistantes) et d'observation de l'endommagement par fatigue ont été mises en place en se basant principalement sur des observations MEB et analyses EBSD. Ces investigations ont permis de mettre en lumière les effets des chargements non proportionnels sur la multiplicité du glissement sur du cuivre pur OFHC. L'étude statistique des sites préférentiels d'amorçage de fissures montre que les grains à glissement multiple présentent une forte probabilité d'amorçage de fissures, surtout sous les chargements non proportionnels. Nous avons également mis en évidence le rôle des joints de grains et des joints de macle sur le développement de la plasticité à l'échelle de la microstructure. Les résultats expérimentaux sont confrontés à ceux du calcul éléments finis (EF) en plasticité polycristalline sur des microstructures synthétiques 3D semi-périodiques. L'application du critère de Dang Van à l'échelle mésoscopique (le grain) montre une forte variabilité de la contrainte hydrostatique et du cisaillement. Cette variabilité est plus importante pour un modèle de comportement cristallin élastique anisotrope. Le rôle de la plasticité cristalline se révèle secondaire. Ces analyses permettent de remettre en perspective les hypothèses usuelles de changement d'échelle utilisées en fatigue multiaxiale. Enfin, une méthode basée sur la statistique des valeurs extrêmes est proposée pour le dépouillement des calculs EF sur agrégats. Cette analyse a été appliquée sur la contrainte équivalente associée au critère de fatigue de Dang Van pour les calculs d'agrégats polycristallins avec différentes morphologies et orientations des grains. Les effets de la surface libre, du type de chargement et du modèle de comportement mécanique des grains ont été analysés. Les résultats offrent des perspectives intéressantes sur la modélisation de l'amorçage des fissures en fatigue multiaxiale des matériaux et des structures avec une prise en compte de la microstructure.

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Lamacq, Valérie. "Amorcage et propagation de fissures de fatigue sous conditions de fretting : Approches theorique et experimentale." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0037.

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Abstract:

Ce travail a été consacré à la compréhension et la modélisation à l'échelle macroscopique des mécanismes de fissuration sous un chargement de Fretting Fatigue Statique (FFS). Les fissures sont sollicitées en mode mixte sous Conditions Non Proportionnelles (CNP). Les concepts classiques de la Mécanique Elastique Linéaire de la Rupture ne permettant pas de considérer ces différentes conditions, il était nécessaire de proposer une nouvelle approche. Pour cela nous avons mené conjointement une étude expérimentale et une étude théorique. Deux campagnes d'essais complémentaires ont été menées afin d'étudier la fissuration sous FFS. La première étude a été conduite sur trois alliages d'aluminium aéronautiques. Toutes les observations ont été réalisées après essai de façon destructive. La réponse des matériaux a été analysée en termes de dégradations. Nous avons ensuite défini les sites d'amorçage et les directions de propagation au cours des stades I et II. La seconde campagne a été conduite sur un matériau photoélastique. La visualisation en temps réel de l'évolution des isochromes le long des faces de fissures nous indique le comportement des fissures. L'amorçage et la propagation des fissures ont été observés en temps réel. L'étude de l'évolution des vitesses de propagation couplée aux observations des faciès de fissures nous a permis de définir différentes périodes de propagation. L'objectif de l'étude théorique était d'identifier les paramètres macroscopiques gouvernant les différentes périodes de propagation sous FFS. Tout d'abord, nous avons analysé les mécanismes d'amorçage et de propagation au cours du stade I. Notre approche s'est inscrite dans le cadre de la MMC. Elle nous a permis de prévoir les sites d'amorçage près et dans l'aire de contact ainsi que les premières directions de propagation, sous différentes conditions de fretting. Nous avons ensuite défini les conditions gouvernant la transition du stade I au stade II. Enfin, nous avons déterminé les directions et modes de propagation au cours du stade II. Afin de prendre en compte les CNP en pointe de fissures, un critère adapté à notre chargement et au matériau a été sélectionné. Pour compléter cette analyse, une étude plus détaillée des champs de contraintes en pointe de fissure nous a permis de définir plus clairement le mode de propagation des fissures This research work aimed to understand and then model, at a macroscopic scale, the mechanisms governing cracking under Fretting Fatigue loading on a Pre-Stressed sample (FFPS). Cracks are thus submitted to mixed mode and Non Proportional Conditions (NPC). The classical concepts of the Elastic Linear Fracture Mechanic can hardly account for these conditions. It was then necessary to propose a new approach. That is why, an experimental and a theoretical approach were conducted in parallel. Two experimental complementary sets of tests were conducted to study cracking under FFPS. Firstly, three aeronautical aluminum alloys were tested. Experimental observations were performed at the end of each test through a destructive manner. The surface degradations were first related to the applied running conditions. Then, crack location and propagation directions during stage I and II were defined. The second experimental set of tests was conducted on photoelastic samples. The evolution of the isochromatic fringe pattern along crack faces was directly observed during test. It informed us on crack behaviour and displacements during loading cycles. Crack initiation and propagation were also directly recorded. Thanks to the analysis of crack growth rate curves and observations of crack face feature, different propagation stages were defined under FFPS. The aim of the theoretical approach was to identify the macroscopic parameters governing crack life under FFPS. First of all, initiation and propagation mechanisms during stage I were defined and analysed. Crack location in or out the contact area and the corresponding initial crack growth directions were predicted under various fretting conditions. The conditions governing crack transition from stage I to stage II were then defined. Finally, propagation modes and directions during stage II were determined. In order to account for the NPC, a criterion adapted to the loading conditions and material was selected. This first analysis was then completed by analysing the stress field at the crack tip. Crack propagation modes were then clearly identified under FFPS

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Baietto, Marie-Christine. "Le contact unilatéral avec frottement le long de fissures de fatigue dans les liaisons mécaniques." Lyon, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAL0088.

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Abstract:

L'objectif de ce travail qui se situe dans le cadre de l'étude de l'usure et de la fatigue associées au contact mécanique, est la modélisation du comportement de fissures si tuées dans la zone d'influence du contact. Le problème est traité dans le domaine de l'élasticité linéaire bidimensionnelle. Le frottement entre les lèvres de la fissure est pris en compte. La fissure est inclinée par rapport à la surface du solide, rectiligne ou non, débouchante ou non. Elle peut être unique ou en présence d'autres fissures. Le modèle proposé permet le calcul des facteurs d'intensité de contraintes KI et KII en tête de fissure. La modélisation s'articule autour de la description de fissures à l'aide de distributions de vecteurs de Burgers et d'un algorithme de résolution de contact. Unilatéral avec frottement entre leurs lèvres. Une description incrémentale permet de décrire des cycles complets de chargement en prenant en compte l' hystérésis due au frottement. Les tests de validation du modèle réalisé montrent qu'il est efficace et plus général que les modèles de la littérature développés dans ce domaine. Une comparaison avec des résultats expérimentaux valide l'aptitude du modèle à décrire un comportement réel. Dans les situations nouvelles que ce modèle permet d'aborder, nous citerons la prise en compte de fissures inclinées, rectilignes ou non, ainsi que la présence simultanée de plusieurs fissures.

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Zhang, Xiao Ping. "Modélisation de la vitesse de propagation des fissures de fatigue sous chargement à amplitude variable." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1991. http://www.theses.fr/1991INPL087N.

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Abstract:

Le modèle développé dans cette étude de la prédiction de la vitesse de propagation des fissures de fatigue sous chargement à amplitude variable est basé sur le concept de la fermeture de fissures de fatigue proposé par Elber : une fissure de fatigue soumise à une charge appliquée ne se propage que lorsqu'elle est entièrement ouverte ; l'amplitude efficace du facteur d'intensité de contraintes est le paramètre qui contrôle la propagation de la fissure. Le facteur d'intensité de contraintes d'ouverture de fissure, niveau minimal dans cette amplitude efficace, peut être calculé à partir de deux éléments : le maximum des contraintes résiduelles à la pointe de fissure et la longueur de fissure fermée. L'évolution du premier élément sous les charges appliquées de différents niveaux a été obtenue grâce à un essai de fatigue en déformation imposée, et aux mesures des profils des contraintes résiduelles par diffraction des rayons X et neutronique dans une éprouvette de fissuration par fatigue. Celle du deuxième élément a et calculée à l'aide d'un modèle d'écartement des lèvres de fissure et des informations fournies par les mesures diffractométriques. Ainsi, le modèle prend en considération de l'influence du chargement d'amplitudes différentes sur le niveau d'ouverture de fissure. Ce modèle a été vérifié par les résultats des essais de fatigue sous chargement d'amplitudes différentes programmées. La prédiction de la vitesse de propagation de fissures par le modèle est bonne

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Gérard, Nicolas. "Etude du comportement des fissures courtes au fond d'une entaille mécanique sous sollicitation en fatigue." Tours, 2003. http://www.theses.fr/2003TOUR4029.

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Gibert, Gaël. "Propagation de fissures en fatigue par une approche X-FEM avec raffinement automatique de maillage." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI088.

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Abstract:

Dans cette thèse, une nouvelle approche est présentée, combinant la méthode des éléments finis étendus (X-FEM) et un raffinement adaptatif et automatique de maillage (AMR). La méthode X-FEM, développée durant les deux dernières par une importante communauté, a prouvé son efficacité pour gérer l'évolution de discontinuités dans de nombreux problèmes de mécanique de la rupture. Comme cette méthode permet de décrire la fissure indépendamment du maillage de la structure, un raffinement hiérarchique relativement simple peut être appliqué sur ce dernier pour adapter localement l'échelle de discrétisation à celle des phénomènes physiques mis en jeux. Cela permet d'obtenir une description précise de quantités physiques d'intérêt dans une zone limitée autour du front de fissure et réduire considérablement le coût numérique, particulièrement lorsque le trajet de propagation n'est pas connu a priori. Dans ce travail, on propose une stratégie pour combiner X-FEM et AMR : les relations de compatibilité cinématique et les méthodes de projection nécessaires pour les matériaux dépendant de l'histoire de chargement doivent inclure correctement le modèle d'enrichissement. L'implémentation de cette approche combinant X-FEM et AMR, dans le code éléments finis industriel Cast3M, est présentée en détails. En particulier, une nouvelle méthode de projection spécifique à ce contexte est proposée. Des applications numériques et une étude expérimentale de propagation par fatigue en plasticité confinée ont été réalisées pour démontrer la précision, la robustesse et l'efficacité de cette méthode To guarantee the high level of safety of industrial components under fatigue cycles it is essential to be able to predict the initiation and growth of cracks during their entire lifetime. However the numerical cost of a propagation simulation on engineer-sized problems with non-linear behavior may be prohibitive, with the classical techniques. Here, a new approach combining the eXtended Finite Element Method (X-FEM) and automatic Adaptive Mesh Refinement (AMR) is presented taking advantage of both methods. The X-FEM, developed over the past two decades by a large community, have proven its efficiency to handle evolving discontinuities in a variety of fracture analysis. Since this method enables to describe the crack and its propagation independently of the mesh of the structure, a simple hierarchical mesh refinement procedure can be applied. Automatic adaptive re-meshing is a valuable method for elastic-plastic crack propagation analysis since it permits a locally fine mesh and then an accurate description of physical quantities in a limited area around the crack front. This is particularly important when local fracture criteria are concerned. Moreover local refinement saves computational effort, particularly when the propagation path is not a priori known. In the present work, it is shown that both methods combine with minimal effort: the kinematic continuity relations and the field transfer process, needed for history-dependent material, must include in a proper way the enrichment of the model. If this requirement is not fulfilled, numerical error may be introduced. Implementation of this combined X-FEM/AMR approach in the finit elements code Cast3M is presented in detail. In particular, an innovative field transfer strategy is proposed in 2D and 3D. Numerical applications of crack propagation in elastic-plastic media demonstrate accuracy, robustness and efficiency of the technique. Moreover, an experimental study has been conducted on a example propagation with notable impact of confined plasticity. This study provides experimental data to compare with the numerical results obtained with the developed method. This validates our modelization choices. It also is the opportunity to test the developed method robustness on a realistic case of utilization. This study showed the interest of the proposed modelization taking into account plasticity induced crack closure during the fatigue propagation

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Dissertations / Theses on the topic 'Croissance des fissures de fatigue'

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