Academic literature on the topic 'État de contraintes résiduelles'

L'objectif principal de ce travail concerne la comprehension des mecanismes de croissance de nitrure d'aluminium obtenu grace au traitement par plasma induit par laser de surface d'al. Cette methode originale, basee sur l'interaction d'un laser excimere avec une surface metallique sous atmosphere d'azote et conduisant a la creation d'un plasma, entraine la formation d'aln polycristallin equiaxe sur une epaisseur allant jusqu'a quelques microns de profondeur en fonction de la duree d'irradiation laser. Une determination fine de l'etat microstructural dans le plan du revetement d'aln et en profondeur est realisee par l'exploitation conjuguee d'analyses moyennees (drx, gixd) et ponctuelles (met, meb, edx). Les variations importantes de rugosite et de composition chimique dans le plan de la surface, ainsi que l'existence d'une couche superficielle aln/al, sont attribuees a l'heterogeneite de puissance surfacique du faisceau laser, qui entraine la decomposition partielle de l'aln deja forme preferentiellement au centre des impacts plasma. Mais le processus majoritaire qui regit la formation d'aln en profondeur est un mecanisme de diffusion en phase solide dans l'aluminium, qui se traduit par l'agencement de grains d'aln sous forme de strates de morphologie differente presentant un faible etat de contraintes residuelles. Le procede d'elaboration est optimise par l'augmentation du taux de recouvrement des impacts plasma : l'etat de surface est alors beaucoup plus homogene, ce qui permet de renforcer considerablement la resistance a l'usure de tels revetements. Le second objectif de ce travail est de correler la microstructure, l'etat micromecanique et le comportement tribologique. La comparaison entre les surfaces traitees par laser-plasma et des couches minces d'aln deposees par pulverisation cathodique met en evidence le role preponderant de la nature de l'interface revetement/substrat sur la tenue mecanique des revetements. En effet, la zone de transition diffuse entre aln et le substrat au niveau microstructural dans le cas des surfaces traitees par laser-plasma leur confere un meilleur comportement tribologique.

Les problèmes de dimensionnement actuels nécessitent la connaissance du comportement des structures sous chargements mécaniques qui varient périodiquement et peuvent induire ainsi des déformations irréversibles. Ceci conduit à une analyse inélastique des structures s'effectuant habituellement par l'utilisation de méthodes de type incrémental. Dans le cas des chargements cycliques, ces méthodes amènent des coûts et des temps de calcul très élevés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressé à la Méthode d'Analyse Simplifiée des Structures Inélastiques proposée par le Professeur Zarka et al. Elle repose, par un calcul purement élastique, sur la décomposition de la réponse réelle (en une part élastique et une partie plastique) et sur un changement de variable qui permettent de déterminer l'état limite d'une structure ainsi que les contraintes résiduelles et les déformations plastiques en tout point. Nous avons implémenté la méthode d'analyse simplifiée dans un code industriel (calcul éléments finis). Nous avons validé les résultats obtenus pour les structures bidimensionnelles, les structures tridimensionnelles et les structures de type coques minces, en comparant avec une méthode incrémentale classique. Nous avons ainsi montré l'influence des éléments (type, taille et sous-intégration) sur les résultats. L'analyse simplifiée diminue significativement la complexité et la durée des calculs comparé aux formulations incrémentales.

Dans un contexte de réduction de masse dans l'industrie automobile, les aciers austénitiques instables, grâce à l'excellent compromis de ductilité-résistance qu'ils présentent, peuvent apporter des solutions en termes d'allégement et de sécurité. Cependant, et sous certaines conditions de mise en forme, ces aciers peuvent présenter des problèmes de rupture différée. L'objectif de cette thèse est l'étude du phénomène de rupture différée associée à la transformation martensitique dans l'acier austénitique instable 301LN. Pour cela, nous avons divisé notre travail en deux grandes parties : Comportement thermomécanique : cette partie porte sur la caractérisation de la transformation martensitique après des essais de traction uniaxiale sous différentes conditions en température et en vitesse de déformation. La distribution des contraintes entre phases, la cinétique de transformation et l'évolution de la texture cristallographique sont suivies lors d'essais post mortem et in situ en diffraction des rayons X (DRX). Analyse multi-échelles de la rupture différée : l'observation et l'étude de la rupture différée sont réalisées sur des emboutis cylindriques à fond plat. L'identification des éléments microstructuraux à l'origine des fissures a été réalisée par observation au Microscope Electronique à Balayage (MEB) des zones de rupture. La distribution des contraintes résiduelles macroscopiques et dans chaque phase, a été déterminée et associée à l'évolution de la fraction volumique de martensite pour différentes conditions d'emboutissage. Des simulations numériques d'opération d'emboutissage, par implémentation dans le code de calcul éléments finis Abaqus©, de deux modèles de transformation martensitique dans les aciers austénitiques instables ont été effectuées et les résultats sont comparés avec les résultats expérimentaux. Nous établissons un lien direct entre l'apparition de la rupture différée, l'état de contrainte dans la martensite, et les fractions de martensite formée dans les godets emboutis.

L'objectif de l'étude consiste en l'établissement d'une modélisation prédictive du procédé avec des temps de calcul acceptables en vue d'optimiser le procédé vis-à-vis de la tenue mécanique de l'assemblage soudé. Le modèle mis en place est constitué de deux étapes sucessives.<br /><br />Lors de la première étape, un calcul stationnaire thermohydrodynamique couplé permet d'obtenir le champ de température et l'écoulement de matière autour de l'outil. Pour cela, un comportement purement visqueux est adopté et la zone de contact outil-matière est modélisée par des conditions de glissement. Des données expérimentales obtenues par thermographie infrarouge ont permis de fixer deux paramètres de ce modèle.<br /><br />La seconde étape du modèle s'appuie sur un comportement élastoviscoplastique pour déterminer l'état mécanique résiduel d'un assemblage. Pour cela, l'écoulement de matière permet de suivre l'histoire de chaque particule, en particulier lors de leur passage autour de l'outil. Le champ de température permet de quantifier la dissolution des précipités durcissants au sein de l'alliage et de tenir compte de la variation avec la température des paramètres de la loi de comportement adoptée. En outre, la fraction de précipités dissous est reliée à la limite d'élasticité du matériau. Une méthode de calcul stationnaire est utilisée pour obtenir directement l'état stationnaire des variables mécaniques.<br /><br />Les résultats obtenus sont en accord avec des profils de contraintes résiduelles publiés dans la littérature. De plus, l'influence de la vitesse de soudage et de la vitesse de rotation de l'outil a été étudiée au regard des contraintes résiduelles simulées.

L’émaillage des prothèses dentaires génère des contraintes résiduelles dans la céramique d’émaillage et l’infrastructure durant le procédé de refroidissement. La connaissance de leur distribution en fonction de la profondeur peut aider à comprendre les échecs,notamment l’écaillage de la céramique cosmétique, une complication fréquente avec les prothèses à infrastructure zircone. Le premier objectif de ce travail a été d’adapter une méthode industrielle, la méthode du trou incrémental, à l’usage dentaire, et de démontrer sa validité pour mesurer les contraintes résiduelles dans des disques en métal (VM) ou en zircone (VZr) émaillés. La méthode développée, présentée dans les premiers chapitres, permet de mesurer des contraintes de très faible module notamment grâce au développement d’une chaîne électrique de mesure très sensible. Le second objectif était d’étudier l’influence de la vitesse de refroidissement, de l’épaisseur de la céramique d’émaillage et de l’infrastructure, et de comparer les mesures dans les échantillons VM et VZr. Les résultats décrits dans les chapitres suivants révèlent que les échantillons VM ont toujours montré un profil qui commence par des contraintes en compression à la surface, ces contraintes diminuant progressivement avec la profondeur, puis ré-augmentant à nouveau. Les échantillons VZr ont montré des profils de contraintes variables,certains décrivant une courbe plus défavorable,dans laquelle les contraintes en compression à la surface deviennent des contraintes en tension en profondeur. Une théorie en deux étapes est décrite pour expliquer le développement des contraintes dans les échantillons métal, et une théorie en trois étapes, comprenant l’hypothèse de la transformation de phase, est proposée pour les échantillons zircone. Le ratio adéquat entre l’épaisseur d’émaillage et de zircone est difficile à définir, et les procédures de refroidissement lent ne semblent pas bénéfiques pour les échantillons VZr<br>The manufacture of dental crowns and bridges generates residual stresses within the veneering ceramic and framework during the cooling process. Knowing the stress distribution within the veneering ceramic as a function of depth can help the optimizing of manufacturing processes and the understanding of failures, particularly chipping, a frequent complication with zirconia-based fixed partial dentures. The first objective of this work was to transfer and to adapt an effective industrial method, the hole-drilling method, for measuring residual stresses to dental use,and to demonstrate the method for measurement of residual stresses in veneer-metal (VM) and veneer-zirconia (VZr) disks. The adapted method, presented in the earliest chapters, enables the very low stresses measurement in comparison with industrial applications, notably due to the development of a high sensitivity electrical measurement chain. The second objective was to study the influence of cooling rate, veneer thickness, and framework thickness on residual stress profile, and to compare measurements in VM and VZr structures. Results described in the following chapters reveal that VM samples always exhibited the same type of favorable stress vs. Depth profile, starting with compressive stresses at the ceramic surface, decreasing with depth, and then becoming compressive again. VZr samples showed varying stress profiles, some describing a worse curve, where the in-surface compressive stresses were found to turn into tensile stresses in the interior. A chronological two-step approach is discussed to explain residual stress development in metal-based samples,and a three-step approach,comprising the hypothesis of the phase transformation, is proposed for zirconia-based samples. The results highlighted the difficulty of defining the adequate ratio between veneer and zirconia framework thickness,and the slow cooling procedures were shown to promote tensile stress development in VZr samples

Les contraintes residuelles constituent actuellement un element tres important dans la conception des structures mecaniques. Elles jouent un role preponderant par rapport aux differentes proprietes d'un materiau (fatigue, rupture, corrosion). L'evaluation et la prise en compte de ces contraintes residuelles s'averent necessaires en resistance des materiaux moderne pour une meilleure prevision de la duree de vie des pieces mecaniques. Nous nous interesserons particulierement a la methode de mesures par ultrasons. Cette derniere, malgre sa sensibilite aux effets de la microstructure, nous parait assez prometteuse pour constituer un alliee a la methode du trou par percage incremental. On s'attachera tout au long de ce travail a mettre en evidence et a discuter les capacites de cette methode et ses limites, tout en la comparant systematiquement a la methode du trou par percage incremental. Le caractere non destructif et le cout des equipements sont les avantages principaux favorisant le developpement de cette technique. Pour montrer l'applicabilite de cette technique, des controles ont ete effectues sur des cas industriels varies comme le controle de detensionnement des pieces soudees traitees thermiquement et des pieces traitees mecaniquement par grenaillage. Ces tests ont permis de determiner le niveau des contraintes residuelles et leurs gradients en profondeur et en surface.

Une nouvelle méthode d'analyse par diffraction des rayons X (DRX) en incidence rasante, notée sin2ψ*, a été développée pour répondre à la demande d'analyse du niveau et la distribution des contraintes résiduelles (CR) dans un revêtement. La méthode est basée sur la technique de DRX en faible incidence et elle tient compte des orientations cristallines et de la géométrie de mesure (l'angle d'incidence, les angles ψ et de l'épaisseur de couche à analyser) afin de connaître la profondeur de pénétration exacte du faisceau incident. Par cette méthode, on peut non seulement évaluer le niveau moyen des CR dans le revêtement, mais également déterminer le gradient et la distribution en variant l'angle d'incidence pour différentes profondeurs de pénétration voulues. Les incertitudes de mesure ont été ensuite évaluées, et l'influence de la rugosité de surface a été étudiée avec des éprouvettes sous sollicitation mécanique connue. Un modèle analytique a été établi pour la correction de l'influence de la rugosité sur la détermination des CR. Par ailleurs, une éprouvette en alliage base nickel rectifiée avec un fort gradient de contrainte résiduelle a été étudiée en appliquant notre méthode sin2ψ* pour évaluer la sensibilité de la méthode développée. Deux séries d'échantillons de revêtements (Cuivre sur substrat Ni élaboré par le procédé PVD, et Tantale biphasé sur substrat Ti élaboré par le procédé CVD) ont été étudiées avec la nouvelle méthode d'étude afin d'analyser la distribution des CR. La comparaison des résultats avec deux autres méthodes a montré que cette nouvelle méthode d'évaluation par DRX en faible incidence est fiable et facile à utiliser pour déterminer le niveau et la distribution des CR<br>A new Pseudo-Grazing Incident X-Ray Diffraction (Pseudo-GIXRD) method for experimental stress analysis, noticed sin2ψ*, was developed to analyze the residual stress (RS) gradient in coatings. This method takes into account the crystalline orientations, the geometry of measurement (the incidence angle, the tilt angles ψ and the thickness of analyzed layer) in order to know the exact depth of penetration. By this method, we can not only evaluate the average level of the RS in coatings, but also determine the gradient and their distribution by varying the incident angles for various desired penetration depths. Uncertainties of measurement were then evaluated and the influence of the surface roughness was studied with some samples loaded by known mechanical traction. An analytical model was established for the correction of the roughness influence on RS determination. In addition, a machined sample of Nickel based alloy with strong RS gradient was studied by applying our sin2ψ* method to evaluate the sensitivity of this method. Two series of thin film (Cu on the substrate of Ni with a phase obtained by PVD and Tantalum on the substrate of Ti with two phases α and β obtained by CVD) were applied by the new method to study the distribution of RS in these near surface layers. The comparison of the results obtained with those by two other methods showed that this new Pseudo-GIXRD method is reliable and easy to be used to determine the level and the distribution of RS

L'usinage assisté par laser (U. A. L. ) est un procédé qui permet d'améliorer l'usinage de matériaux difficile à usiner. Les essais réaliser en UAL montrent une diminution importante des efforts de coupe et une bonne amélioration d'état de surface. L’élaboration de surfaces mécaniques engendre des contraintes résiduelles superficielles. Une surface ayant une fonction mécanique, peut être caractérisée par un état lié aux caractéristiques de résistance mécanique des couches superficielles. Cette étude a pour but d'étudier le mécanisme d'usinage assisté par laser CO2 de l'acier XC42. Les deux phénomènes, transfert thermique dans la pièce et création des contraintes résiduelles sont présentes. Le mécanisme du transfert de chaleur lié à la superposition de l'action du faisceau laser et de la zone de cisaillement assimilée à une deuxième source en mouvement est étudié. Un modèle analytique de la répartition des contraintes résiduelles dans la pièce après l'usinage est présenté, après comparaison avec les résultats d'une simulation numérique. Les mesures des contraintes résiduelles ont été effectuées par la méthode de diffraction des rayons X, après l'enlèvement des couches successives de métal. La correction des contraintes résiduelles après l'enlèvement des couches est discuté. Dans l'état actuel l'usinage avec assistance laser provoque une réduction en valeur absolue des contraintes résiduelles avec un possible changement de type de ces contraintes. L’usinage assiste par laser mène à une réduction considérable des efforts de coupe pouvant atteindre 80% ou plus, une augmentation importante de la durée de vie de l'outil, une amélioration de l'état de surface et une modification de la répartition des contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être choisies en fonction des conditions d'utilisation de la pièce à usiner. Ce qui implique un calcul de la puissance laser selon les conditions de coupe choisies permettant a la fois de réduire les efforts de coupe, d'augmenter la durée de vie de l'outil et d'obtenir la répartition des contraintes résiduelles adaptées a l'application de la pièce

La connaissance des contraintes résiduelles permet de mieux prédire l’évolution des performances d’une structure, ainsi que sa durée de vie. Nous présentons dans cette étude une nouvelle méthode de détermination des contraintes résiduelles. Cette méthode s’applique particulièrement à des structures présentant un gradient de contraintes non seulement en profondeur mais aussi en surface, comme dans les structures soudées. Le champ de contraintes internes est mécaniquement perturbé, en usinant une rainure de manière incrémentale. Cette rainure modifie l’équilibre mécanique de la structure dans deux directions. La structure s’auto-équilibre en induisant un nouvel état de contraintes, ce qui génère en surface des déplacements que nous mesurons par interférométrie de speckle. Le champ de déplacement mesuré expérimentalement est relié aux contraintes résiduelles par des coefficients de calibration calculés par la méthode des éléments finis. Une représentation en deux dimensions du champ de contraintes résiduelles est obtenue, en profondeur et le long de la rainure. Une utilisation de la méthode pour l’étude du grenaillage par ultrasons est présentée. Nous décrivons aussi une méthode d’introduction des contraintes résiduelles dans un code de calcul éléments finis. Cette méthode est appliquée au cas simple de l’éprouvette Almen, sa généralisation à des géométries plus complexes permettra à terme d’utiliser le champ de contraintes résiduelles comme conditions initiales pour la simulation numérique des structures<br>The knowledge of residual stresses allows a reliable prediction of the evolution of structure performances, and its service life. On this study, we present a new method for residual stresses determination. This method is applied particularly to structures that contain a stress gradient in depth and in surface, like it can be found in welded structures. The internal stress field is mechanically perturbed with the incremental machining of a groove. The mechanical equilibrium is modified in tow directions. A new state of stress is created in the structure when the stress field is mechanically disturbed. The structure finds a new equilibrium state generating displacements on the surface. These displacements are measured using the Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI). The measured displacements field is linked to residual stresses using calibration coefficients calculated with the element finite method. We obtain a representation of the residual stress field in two directions, in-depth and along groove. The utilization of this method for the study of ultrasonic shot-peening is presented. We present also a method for the introduction of a residual stress field in a finite elements model. This method is applied to an Almen strip, its generalization for complexe geometries will allow to use the residual stress field as an initial condition for ameliorated numerical simulations of structure

Depuis 1970, les développements de la compréhension théorique des phénomènes de fatigue et leur modélisation (citons les travaux de MM. Bang Van et Papadopoulos) ont abouti à la prévision de la tenue en fatigue d'une structure soumise à une sollicitation cyclique quelconque. D'autres travaux (théoriques ou expérimentaux) ont été entrepris en parallèle de manière à caractériser l'effet d'un traitement de surface sur un matériau donné soumis à une sollicitation connue. On tend ainsi à donner à l'ingénieur tous les outils théoriques lui permettant de dimensionner une pièce mécanique, du choix du matériau et du traitement à la définition de la géométrie. De plus, la complexité des traitements de surface conçus à l'heure actuelle nécessite leur modélisation fine pour parvenir à leur optimisation. Ce contexte nous a conduit à nous poser le problème de la modélisation d'un traîtement de surface récemmentapparu: le choc-laser. Il s'agit d'un traitement de surface purement mécanique réalisé à l'aide d'impulsions laser de très forte intensité. En effet, l'irradiation d'une cible par une telle impulsion laser provoque l'application d'une forte pression pendant un temps très court à .la surface de la cible. Ce phénomène est donc tout à fait similaire à un impact. Cet impact laser va induire alors des contraintes résiduelles de compression à la surface de la cible qui seront ensuite très favorables à la tenue en fatigue. On conçoit alors que l'analyse du choc-laser passe par la modélisation et le calcul des contraintes résiduelles induites par impact. C'est l'objet de la première partie de ce travail. L'application des résultats au choc-laser permettra ensuite le calcul des contraintes résiduelles induites en fonction des caractéristiques du matériau constituant la cible et du réglage du laser. Tl devient alors très facile d'optimiser matériau et réglage en vue d'une application donnée.