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Tesi sul tema "Titane – Fissuration"
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Chabanne, Yvan. "Interactions fatigue - fluage - corrosion sur la résistance à la fissuration des alliages de titane". Poitiers, 2000. http://www.theses.fr/2000POIT2272.
Testo completoAbstract (sommario):
L'etude de l'influence de la microstructure et de la composition chimique sur la tenue en propagation est effectuee a 500\c sur les alliages de titane ti6246, ti6242 et imi834 sous deux nuances microstructurales. La prise en compte des parametres mecaniques (rapport de charge, frequence), de l'environnement (comparaison air/vide) et des effets couples oxydation-fermeture de fissure, montre dans tous les cas, une meilleure resistance de l'alliage imi834 presentant notamment une fraction volumique de phase elevee. Une modelisation de la propagation en fatigue-corrosion est proposee, en tenant compte des pressions partielles de vapeur d'eau et d'oxygene, de la frequence et de l'amplitude du facteur d'intensite de contrainte k. Le role moderateur de l'oxygene est considere par rapport a celui de la vapeur d'eau, montree comme l'element responsable de la baisse de resistance en comparaison du milieu inerte (vide). L'effet du niveau de k m a x sur la fissuration est etudie sur l'alliage ti6246 entre la temperature ambiante et 500\c. A l'ambiante, un mecanisme de type rupture differee, supposant faire intervenir une fragilisation du materiau par l'intervention de l'hydrogene interne, est mis en evidence et conduit a la disparition du seuil de propagation en fatigue pour k m a x voisin de 70% de la tenacite k i c. Une modelisation tenant compte des proprietes mecaniques de l'alliage est proposee pour traduire cet effet de non-seuil a l'ambiante, tant a l'air que sous vide. A 500\c, un processus de type fluage s'ajoute a celui de fatigue et conduit, comme a l'ambiante, a la disparition du seuil de propagation. Les effets couples en fatigue d'un niveau modere de k m a x (30% de k i c) et d'une atmosphere humide a la temperature de 500\c sont etudies sur le ti6246, et permettent de definir les conditions d'apparition d'un mecanisme de corrosion-sous-contrainte, se traduisant, la encore, par la disparition du seuil de propagation et par une forte acceleration des vitesses.
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Chabaud, Reytier Magali. "Étude de la fissuration différée par relaxation d'un acier inoxydable austénitique stabilisé au titane". ENSMP, 1999. http://www.theses.fr/1999ENMP0914.
Testo completoAbstract (sommario):
L'acier austénitique stabilisé au titane AISI 321 (z6 cnt 18-10) est utilisé pour sa tenue à la corrosion intergranulaire, associée à de bonnes caractéristiques mécaniques à chaud. Cependant, après fonctionnement à des températures supérieures à 450ʿ C, certaines liaisons soudées ont présenté des fissures intergranulaires dans la zone affectée thermiquement (ZAT). Différents travaux et expertises attribuent ces défauts à l'écrouissage des grains de la ZAT mais aussi à la précipitation en service de très fins carbures de titane. L'objet de ce travail de thèse est de mieux appréhender le mécanisme impliqué et d'aboutir à une modélisation permettant une approche quantitative du risque de fissuration dans une liaison soudée en acier 321. Pour cela, des ZAT sont simulées par différents traitements thermo-mécaniques en vue de s'affranchir du gradient de microstructure observe en ZAT réelle. Puis, on étudie l'influence des paramètres de la simulation (écrouissage, vieillissement) sur la cinétique de précipitation de ces carbures de titane, sur le comportement en traction et en fluage de cet acier, ainsi que sur sa sensibilité à la fissuration en relaxation. On montre que l'écrouissage est le paramètre prépondérant dans le mécanisme de fissuration mais que le vieillissement statique ne favorise pas l'amorçage du défaut bien qu'il provoque la précipitation des carbures de titane. Le rôle de cette précipitation est alors discute. Enfin, à partir de ZAT simulées sensibles à la fissuration en relaxation, un modèle d'endommagement de fluage est identifié par une approche locale de la rupture. Pour cela, des essais de fluage sont réalisés sur éprouvettes axisymétriques entaillées et les mesures de dommage obtenues sont associées aux champs mécaniques locaux calcules par éléments finis. On montre que le modèle ainsi identifié donne de bons résultats pour estimer l'amorçage du défaut en relaxation sur éprouvette CT, ainsi qu'en fluage sur un tube entaillé sollicité en torsion.
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Hamon, François. "Modélisation du comportement mécanique en fissuration d'alliages aéronautiques". Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00495858.
Testo completoAbstract (sommario):
Cette étude, menée en collaboration avec Airbus, porte sur la modélisation du comportement mécanique en fissuration d'alliages aéronautiques incluant des alliages d'aluminium, de titane et un acier haute résistance. L'objectif est, à terme, de remplacer les essais expérimentaux, longs et coûteux nécessaires à la qualification d'un matériau dans le domaine aéronautique. Trois essais sont abordés dans cette étude : l'essai de ténacité, de courbe R et de propagation de fissure à fort DK. Une étude bibliographique a tout d'abord permis de choisir un modèle de référence pour ces travaux. Après avoir constaté la véracité des dires de Paul Valéry « Tout ce qui est simple est faux, tout ce qui n'est pas simple est inutilisable », le modèle de Lemaitre, couplé à un critère de rupture énergétique permettant de réduire la dépendance au maillage de la réponse numérique, est apparu comme le meilleur candidat. Ses avantages, incluant un cadre thermodynamique robuste, compensent son principal inconvénient qui est sa description basique de l'endommagement mise en défaut par des observations expérimentales. En effet celles-ci mettent en évidence que deux mécanismes de fissuration gouvernent la propagation de fissure à fort DK et/ou fort rapport R. C'est pourquoi deux variables d'endommagement ont été définies dans un modèle alternatif, proche du modèle de référence. Un tel modèle permet de conserver les qualités du modèle de Lemaitre sous chargement monotone tout en améliorant les simulations des essais de propagation de fissure à fort DK. De plus, l'un des points forts du modèle proposé est de permettre la modélisation sous certaines conditions des trois essais de qualification à partir de paramètre identifiés sur un seul essai de traction. Les simulations sous le logiciel de calcul par éléments finis Abaqus sont comparées aux essais afin de valider les améliorations apportées au modèle classique de Lemaitre. Les résultats, les avantages et les défauts sont explicités dans ce manuscrit.
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Mignot, Frédéric. "Contributions de l'hydrogène interne et du fluage à froid à l'anomalie de fissuration sous chargement cyclique du Ti6246 à fort Kmax". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2003. http://www.theses.fr/2003EPXX0038.
Testo completo
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Lesterlin, Sandrine. "Influence de l'environnement et de la température sur la fissuration par fatigue des alliages de titane". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2267.
Testo completoAbstract (sommario):
Le titane entre comme element de base dans des alliages presentant une resistance mecanique specifique elevee notamment a haute temperature. Ces alliages sont tres utilises dans le domaine aeronautique, en particulier pour la fabrication de turbomachines. L'augmentation des temperatures de fonctionnement necessaires a l'accroissement des performances, necessite une caracterisation de ces alliages en fatigue afin de s'assurer de leur stabilite structurale en service. L'influence de la temperature, de l'ambiante a 500c, en fissuration par fatigue est etudiee sur plusieurs alliages de titane et en particulier sur un alliage de nouvelle generation. Il est montre que lorsque la temperature augmente, ces alliages, lorsqu'ils sont soumis a des sollicitations cycliques, presentent une degradation importante de leur resistance tout particulierement a 500c. Des essais de reference sous vide et sous environnements controles ont permis d'attribuer cet effet particulierement nefaste a l'action de la vapeur d'eau. Une modelisation de la propagation des fissures en fatigue a chaud et tenant compte de l'influence de l'environnement est proposee
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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.
Testo completoAbstract (sommario):
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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Mathieu, Florent. "Analyse de la tenue mécanique d'un liner en titane : apport des mesures de champs cinématiques". Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00846252.
Testo completoAbstract (sommario):
Les techniques de mesure de champs, et en particulier celles basées sur la Corrélation d'Images Numériques (CIN), sont matures et reconnues pour la détermination de déplacements d'objets quelconques, en deux ou trois dimensions. Ces travaux ont pour objet le développement d'essais et de techniques d'identification associées, en s'appuyant sur les méthodes de mesure par CIN, pour permettre l'évaluation des caractéristiques mécaniques d'un liner en titane T35, développé pour des applications spatiales. Des essais de traction uniaxiale sont tout d'abord utilisés pour déterminer le comportement élastoplastique du T35. Plusieurs méthodes d'identification sont comparées. En particulier, il est proposé d'étendre la corrélation d'image dite "intégrée" aux cas élastoplatiques. Cette méthode permet d'évaluer à la fois les déplacements du solide observé et les paramètres mécaniques des matériaux le constituant. Elle est comparée à une méthode de recalage de référence. L'étude se porte ensuite sur l'analyse de l'amorçage des fissures dans le liner. Les chargements cycliques du réservoir imposent à la tôle une déformation biaxiale cyclique en traction-compression de quelques pourcents, qui a été reproduite expérimentalement dans une machine multiaxiale. Cette partie a notamment nécessité le développement d'un essai triaxial à rapport de charge négatif sur tôle mince. Une estimation de la limite d'amorçage a été obtenue pour les niveaux de déformation visés. Enfin, la fissuration du liner a été étudiée par des techniques d'analyse dédiées. Certaines de ces techniques sont comparées quantitativement, afin d'étudier leurs capacités et limitations respectives. Des lois de propagation de type Paris ont été identifiées directement à partir d'images du voisinage de la fissure.
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Gloanec, Anne-Lise. "Mécanismes gouvernant le comportement cyclique et la résistance à la fissuration des alliages TiAl". Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2300.
Testo completoAbstract (sommario):
Cette étude porte sur les mécanismes gouvernant le comportement cyclique et la résistance à la fissuration d'un alliage Ti-Al48-Cr2-Nb2 élaboré par fonderie et par métallurgie des poudres. L'alliage issu de la fonderie présente une microstructure lamellaire alors que celui provenant de la métallurgie des poudres exhibe une microstructure à grains g équiaxes fins. Une caractérisation détaillée du comportement cyclique et des mécanismes de déformation associés montre qu'à température ambiante, le comportement cyclique est gouverné par le glissement de dislocations, la formation de la structure veine ou le maclage. De plus, les structures de déformation développées sont fonction de l'amplitude de déformation totale imposée. A cette température, une relation est établie entre une consolidation cyclique marquée et une déformation par maclage. A 750ʿC, la déformation cyclique est contrôlée par la montée de dislocations. Par ailleurs, l'étude du comportement en propagation révèle que la microstructure à grains g équiaxes fins présente la plus faible résistance à la fissuration. Cette différence de comportement entre les deux microstructures est analysée en terme de résistance intrinsèque, d'effets extrinsèques de fermeture de fissure et d'environnementThe present study investigates the deformation mechanisms controlling the cyclic-stress-strain (CSS) behaviour and the fatigue-crack-growth (FCG) behaviour of a Ti-Al48-Cr2-Nb2 produced by casting and by powder metallurgy. The resulting microstructure is a lamellar microstructure for the casting route, while a fine equiaxed g grain microstructure is achieved by the powder metallurgy route. A detailed investigation of the CSS and the associated deformation mechanisms shows that, at room temperature, the CSS behaviour is controlled by glide of dislocations, vein-like structure or extensive twinning. Moreover the deformation microstructure is related to total-strain-amplitude. A relation is established between a pronounced cyclic strain hardening and deformation twinning. At 750ʿC, dislocation climb is shown to control the cyclic deformation. Besides, the FCG behaviour reveals that the fine equiaxed g grain microstructure exhibits the lowest resistance. This disparity of behaviour is analyzed in term of intrinsic FCG resistance and extrinsic effects such as shielding by crack closure and environmental-crack tip embrittlement
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Awade, Evalo. "Rôle des facteurs microstructuraux sur l'endommagement par fatigue de l'alliage de titane bêtacez : effet de la température et de l'environnement". Poitiers, 1995. http://www.theses.fr/1995POIT2348.
Testo completoAbstract (sommario):
Nous avons etudie le role des parametres microstructuraux dans les processus d'endommagement par fatigue de l'alliage betacez (ti-5al-2sn-4zr-4mo-2cr-1fe), alliage de titane riche en elements betagenes dont le forgeage en beta genere des structures lamellaires de type alpha (w + gb). Ce travail s'inscrit dans un objectif d'optimisation des microstructures vis a vis de la tenue en fatigue du betacez. Au cours de cette etude nous nous sommes interesses au domaine de la fatigue oligocyclique 10#2-10#5 cycles en explorant plus particulierement le domaine pseudo-elastique dans lequel le role de la microstructure sur la resistance a la fatigue est tres marque. Pour les fortes amplitudes de sollicitation (fatigue plastique), nous avons analyse l'evolution des parametres mecaniques cycliques (contraintes ou deformations plastiques) dans les differentes structures de betacez et leur relation avec la duree de vie entre 20c et 500c. Dans le domaine pseudo-elastique, un grand interet a ete porte aux conditions microstructurales gouvernant l'amorcage et la croissance des fissures en examinant egalement l'influence de la temperature (20c-300c) et de l'environnement (air-vide) sur la resistance a la fatigue. Une modelisation des cinetiques de croissance des petites fissures a ete proposee, en tenant compte des caracteristiques mecaniques et des dimensions des parametres microstructuraux des differents materiaux
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Sasaki, Layla. "Influence du vieillissement sur la résistance à la fissuration par fatigue à haute température d'alliages de titane pour mâts-réacteurs". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0006/document.
Testo completoAbstract (sommario):
La conception de moteurs aéronautiques plus performants soumet les alliages de titane constitutifs des mâts-réacteurs à des contraintes thermiques et mécaniques plus sévères. Ces matériaux doivent d’une part être qualifiés en termes de tolérance aux dommages. D’autre part, l’exposition prolongée de ces alliages de titane à des températures élevées en service pose la question de leur vieillissement métallurgique. Le dimensionnement et la maintenance de telles aérostructures doit ainsi prendre en compte l’ensemble de ces deux problématiques cruciales.Dans ces travaux, le comportement cyclique ainsi que la résistance à la fissuration par fatigue d’alliages de titane de différentes nuances (TA6V, Ti 6242 et Ti 17) et de différentes microstructures, ont été étudiés en fonction du degré de vieillissement. L’effet du vieillissement se traduit essentiellement par une augmentation des vitesses de propagation à forte valeur du facteur d’intensité de contrainte, à température ambiante. Dans un second temps, une démarche de caractérisation poussée de ce phénomène mettant en œuvre des sollicitations variées, à différentes échelles et associées à des analyses fractographiques a été appliquée. Ceci a permis de proposer un scénario d’endommagement avant et après vieillissement pour l’alliage le plus affecté par l’exposition en température, le Ti 17. Ce scénario montre après vieillissement l’apparition d’un mode d’endommagement « statique » en lien avec un processus de rupture puis décohésion intralamellaire, sans modification notable du comportement cyclique. Enfin, une approche d’équivalence temps-température est proposée pour décrire la cinétique de dégradation des propriétés mécaniques consécutive au vieillissementThe conception of more efficient aircraft engines induces increased stress and temperature levels on the titanium alloys constitutive of the engine pylon. On the one hand, these materials have to be qualified in terms of damage tolerance. On the other hand, the long term high temperature exposure of these titanium alloys gives also rise to the question of thermal aging and metallurgical stability. Hence, the dimensioning as well as the maintenance of such aerostructures need to be considered in the light of both these critical issues.In the present work, the cyclic behavior as well as the fatigue crack resistance of different titanium alloys (TA6V, Ti 6242 et Ti 17), with various microstructures were studied after different aging conditions. Aging induces mainly an increase in crack growth rates at high values of the stress intensity factor, at room temperature. Subsequently, a thorough characterization procedure of this phenomenon was undertaken,including various types of loadings, at different scales and associated with fractographic analyses. The results allowed to suggest a damage scenario before and after aging, in the case of the alloy most affected by aging: theTi 17 alloy. This scenario shows the occurrence of a « static » mode of failure, which is linked to a damage process associated with intralamellar fracture and decohesion, without noticeable changes in the cyclic behavior. Finally, a time-temperature equivalency approach was developed to describe the kinetics of degradation of the mechanical properties induced by aging
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Lefranc, Pierre. "Endommagement sous chargement cyclique avec temps de maintien de l'alliage de titane Ti-6242 : rôle de l'hydrogène interne". Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Lefranc-Pierre/2008-Lefranc-Pierre-These.pdf.
Testo completoAbstract (sommario):
Cette thèse vise à améliorer la compréhension du phénomène appelé « dwell-effect », observé sur la plupart des alliages de titane, consistant en une chute de durée de vie en fatigue suite à l’introduction de temps de maintien à la charge maximale du cycle de fatigue. Cette étude a permis de montrer que ce phénomène résulte d’un amorçage plus précoce et d’une fissuration plus rapide sous chargement de fatigue-dwell. Les analyses menées sur les éprouvettes de fatigue et de fluage ont révélé que l’activation de glissements basal ou pyramidal peut être à l’origine d’un endommagement interne par formation de cavités. De plus, cette étude montre que l’hydrogène interne, dans la gamme de teneurs 30-300 ppm, a un effet bénéfique sur les durées de vie, sans pour autant modifier les mécanismes de déformation et d’endommagement. Pour une teneur inférieure à 150 ppm, cet effet bénéfique peut être expliqué par l’augmentation de la limite élastique avec la teneur en hydrogène ; au-delà de cette teneur, l’accroissement de la limite d’élasticité ne suffit plus à expliquer l’effet bénéfique de l’hydrogène sur les durées de vie en fatigue. Les différents essais de fissuration ont montré que l’augmentation de la vitesse de fissuration sous air sous chargement de fatigue-dwell est le résultat de la combinaison des effets néfastes de l’environnement et de l’hydrogène interne. Le rôle exact de l’hydrogène reste à préciser mais il pourrait être à l’origine de la formation de micro fissures dans les zones de forte triaxialité de contraintes. Des analyses par micro empreintes montrent que l’hydrogène passe de la phase b à la phase a au niveau des bandes de glissement, via les dislocations. Enfin, l’intégration des lois de fissuration permet de reproduire convenablement l’évolution de la longueur d’une entaille au cours d’essais de fatigueThis study focuses on the dwell-fatigue behaviour of a beta-forged Ti-6242 alloy. The dwell-effect, phenomenon observed on most of titanium alloys, consists in a fatigue-life decrease after the introduction of hold periods at the maximum stress level. Firstly, this study shows that the dwell-effect results from both earlier fatigue-crack initiation and faster crack propagation. The analyses conducted on the fatigue and creep specimens reveal an internal damage consisting in micro voids nucleation along shear bands resulting from either basal or pyramidal slips. Moreover, tests conducted on hydrogen-charged specimens until 300 ppm show that internal hydrogen has a beneficial effect on fatigue-life without changing the damage mechanism. However, for hydrogen content below 150 ppm, this beneficial may be explained by the increase in yield stress with the increasing hydrogen content, but for hydrogen content over 150 ppm, the increase in yield stress is not sufficient to explain the increase in fatigue-life. Crack growth tests reveal faster crack propagation under dwell-fatigue loading. This increase in crack growth rate results from a combination of deleterious effects of environment and internal hydrogen. The role of internal hydrogen needs more analyses to be clearly established but the internal hydrogen could be responsible of the nucleation of micro cracks in the main crack tip area
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Cofino, Bruno. "Analyse des contraintes résiduelles au voisinage des interfaces titane/hydroxyapatite réalisées par torche à plasma pour applications implantaires". Reims, 2001. http://www.theses.fr/2001REIMS017.
Testo completoAbstract (sommario):
Ce travail porte sur l'analyse des contraintes résiduelles au voisinage de l'interface entre le titane ou son alliage le Ti-6Al-4V et des revêtements d'hydroxyapatite réalisés par torche à plasma. Ces deux matériaux entrent dans la constitution de nombreuses prothèses implantaires et notamment les implants dentaires. Une étude de l'intérêt de ces matériaux pour les applications implantaires est tout d'abord présentée. Cette étude est suivie d'une caractérisation de la porosité, de la fissuration et de l'indice de cristallinité des revêtements d'hydroxyapatite avec l'influence de ces paramètres sur les propriétés mécaniques et biologiques des implants. Dans un deuxième temps, l'étude de la concentration de contraintes résiduelles à l'interface entre le titane et le revêtement d'hydroxyapatite confirme le site privilégié de rupture de l'implant par décohésion de ces matériaux au niveau de cette interface. Ces contraintes sont mises en évidence expérimentalement grâce au rayonnement synchrotron et en simulation par éléments finis modélisant la projection par torche à plasma générant des contraintes d'origine thermique. Enfin une technique de microindentation Vickers est utilisée pour déterminer la résistance à la fissuration des revêtements au voisinage de l'interface. Cette méthode permet une analyse comparative de la ténacité de diverses éprouvettes dans la zone interfaciale.
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Heripre, Eva. "Méthode de couplage multi-échelles entre simulations numériques polycristallines et mesures de champs pour l’identification des paramètres de lois de comportement et de fissuration des matériaux métalliques : application à l'étude des alliages TiAl". Palaiseau, École polytechnique, 2006. http://www.theses.fr/2006EPXX0028.
Testo completo
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Renon, Vincent. "Identification des relations entre microstructure et propriétés de tolérance aux dommages d’alliage de titane de type αβ". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2019. http://www.theses.fr/2019ESMA0012/document.
Testo completoAbstract (sommario):
Dans le cadre des réductions de masse nécessaires à la diminution de l’empreinte écologique des transports aériens, l’étude réalisée porte sur les interactions microstructures \ propriétés de tolérance aux dommages des alliages de titane de type αβ. En effet, une meilleure compréhension de ces relations permettrait de proposer des pistes d’amélioration des propriétés de résistance à la propagation de fissure par fatigue de ce type d’alliage via un contrôle des microstructures.Dans ce but, les travaux réalisés dans cette thèse se sont tout d’abord concentrés sur la génération de différentes microstructures lamellaires à partir d’une microstructure initiale bimodale. Les propriétés de tolérance aux dommages de ces différentes microstructures ont ensuite été comparées par des essais de fissuration, mettant en évidence une forte différence de propriétés entre les microstructures bimodales et lamellaires. Toutefois les paramètres caractéristiques d’une microstructure lamellaire ne semblent pas influencer ces propriétés. De plus, deux régimes de propagation ont été observés dans les microstructures lamellaires, séparés par une transition visible sur les courbes de vitesse de propagation de fissure en fonction de la variation du facteur d’intensité de contrainte. Il est notamment montré que la meilleure résistance des structures lamellaires peut être attribuée à une intensité plus élevée des effets de fermeture de fissure et aux déviations de fissures en lien avec un régime de propagation cristallographique, notamment dans le régime « basses vitesses ». Des travaux complémentaires ont par la suite visé à relier ce changement de régime de propagation aux mécanismes de déformation en pointe de fissure. Des essais in-situ sous MEB sur des micro-éprouvettes prélevées en pointe de fissure de macro-éprouvettes de fissuration ont notamment permis d’observer une différence de localisation de la plasticité avant et après transition, ce qui a amené à proposer un scénario expliquant ce changement de régimeWeight reduction are required in order to reduce ecological footprint of aeronautic transports, therefore, the current study is about interactions between microstructures and damage tolerance properties of αβ titanium alloys. Thus, a better understanding of these relationships could allow to offer potential improvement solutions of fatigue crack propagation resistance properties of these alloys through microstructure control. In this purpose, this thesis studies focus on the generation of various lamellar microstructures from initial bimodal microstructures. Damage tolerance properties of these different microstructures have then been compared by crack propagation tests, highlighting strong properties differences between bimodal and lamellar microstructures. However, the characteristic parameters of lamellar microstructures do not seem to have any influences on these properties. Furthermore, two crack propagation regime have been identified in lamellar microstructures, separated by a visible transition on the crack propagation versus stress intensity factor curves. In particular it is shown that better resistance of lamellar microstructures can be attributed to higher closure effects and crack deflections linked to crystallographic propagation, especially in the “lowspeed” regime. Further studies then aimed to link that propagation regime change to deformation mechanism at crack tips. SEM in-situ testing on micro-sample collect at crack tips on crack propagation macro-sample allows observation of differences in plasticity localization before and after transitions, which bring to the suggestion of a scenario explaining this change in regime propagation
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Bourbita, Faten. "Comportement en fatigue anisotherme des composites unidirectionnels à matrice titane renforcée par des fibres de carbure de silicium". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00712981.
Testo completoAbstract (sommario):
L'objectif de cette étude est de déterminer la tenue du composite SCS-6/Ti6242, alliage de titane avec un renfort unidirectionnel de fibres SiC, pour des applications à température moyenne notamment pour des pièces critiques de moteurs aéronautiques, sous sollicitations thermiques et mécaniques combinées. Les conditions de chargement en service sont simulées en laboratoire par des essais de fatigue mécano-thermique, réalisés dans la plage de températures 100°C - 450°C, en contrainte imposée, sous un rapport de charge nul. Les observations des faciès de rupture réalisées par microscopie optique et électronique à balayage ont montré l'existence de deux mécanismes d'endommagement : la rupture des fibres comme en rupture monotone et la fissuration de la matrice par fatigue. Une analyse par éléments finis a été mise en place pour étudier le comportement mécanique du composite, à partir d'une méthode d'homogénéisation et du comportement de ses constituants. Les calculs montrent l'importance de la redistribution des contraintes entre les fibres et la matrice. Les résultats sont utilisés pour expliquer les mécanismes d'endommagement observés et les conséquences sur la prévision des durées de vie en fatigue anisotherme. La croissance de fissures longues en conditions anisotherme et isotherme a fait l'objet d'une étude expérimentale. Une analyse de mécanique de la rupture recourant à une méthode de zone cohésive a permis de rationaliser les vitesses fissuration observées.
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Héripré, Eva. "Méthode de couplage multi-échelles entre simulations numériques polycristallines et mesures de champs pour l'identification des paramètres de lois de comportement et de fissuration des matériaux métalliques. Application à l'étude des alliages TiAl". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00116358.
Testo completoAbstract (sommario):
L'objectif général de cette étude consiste en la meilleure compréhension de l'influence de la microstructure sur les propriétés mécaniques des aluminiures de titane et notamment de leur faible ductilité à température ambiante. Pour cela, une méthodologie de dialogue entre mesures de champs et calculs polycristallins a été développée et analysée en détails. Celle-ci permet une comparaison directe entre les mesures de champs cinématiques à l'échelle des grains et les résultats des calculs par éléments finis sur microstructure réelle en vue de l'identification des coefficients de la loi de comportement cristalline. Ce document présente les résultats d'analyses multi-échelles de quatre alliages de titane-aluminium soumis à des essais de compression en mettant en avant l'influence respective du mode d'élaboration et de la composition chimique sur les mesures de champs cinématiques aux différentes échelles. L'analyse de la propagation de fissures au sein des différentes microstructures est également étudiée à l'aide d'essais de flexion sous microscopie électronique à balayage. Parallèlement à cette étude expérimentale, la validation de la méthodologie permettant un dialogue entre ces mesures et les calculs par éléments finis sur les microstructures associées est en partie validée, en démontrant notamment la suffisance d'un maillage de surface extrudée ainsi que l'utilisation des conditions aux limites expérimentales. L'application de cette méthodologie à l'étude de la propagation de fissure est également étudiée en utilisant, dans les calculs par éléments finis, les modèles de zones cohésives.
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Chrétien, Gaëlle. "Etude de la propagation de fissures physiquement courtes dans les alliages de titane pour turbomachines d'hélicoptères à différentes températures". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0022.
Testo completoAbstract (sommario):
Cette thèse s’inscrit dans le cadre général de l’étude de la tolérance au dommage des pièces tournantes dans les turbomachines d’hélicoptères et porte sur la résistance à la propagation de fissures courtes 2D.Pour mener à bien cette étude, l’effet de la température est d’abord étudié sur les seuils de propagation de fissures longues à R=0,1 sur deux alliages TA6V et Ti6242 de microstructure bimodale (20°C et 400°C pour le TA6V et 20°C, 200°C et 500°C pour le Ti6242). Au voisinage du seuil, le comportement effectif(après correction de la fermeture) est sensiblement identique pour les deux alliages aux températures testées. La fermeture est principalement induite par l’oxyde à haute température et par la rugosité des surfaces de rupture à température ambiante.L’évolution du seuil de propagation en fonction de la longueur de fissure a ensuite été étudiée à R=0,1. Un outil de détermination automatique du niveau de fermeture a été mis en place afin d’améliorer la mesure pour des fissures très courtes (80 μm). La fermeture mesurée pour différentes longueurs de fissure obtenues par usinage progressif du sillage plastique est comparable à celle obtenue au cours de la propagation d’une fissure courte 2D au seuil, sauf pour les hautes températures où la fermeture induite par l’oxyde se développe rapidement. Les différences de comportement entre fissure longue et fissure courte sont expliquées par une contribution réduite de la fermeture lorsque le sillage de la fissure est réduit.Un critère de non-propagation s’inspirant du formalisme initialement proposé par Kitagawa et une loi de propagation adaptée permettent de mieux prédire la résistance à la propagation des fissures physiquement courtesDamage tolerance analyses of rotating parts, containing 2D-short crack, in turbomachines of helicopters is the main focus of this thesis.Fatigue crack propagation tests were performed at R=0.1 on two bimodal Titanium alloys at different temperatures (20°C and 400°C for TA6V and 20°C, 200°C and 500°C for Ti6242). Near-threshold effective behaviors (after crack closure correction) were approximately the same for the two alloys attested temperatures. Crack closure was principally due to oxide layer at high temperatures and to fracture surface roughness at ambient temperature.Then the variations of the crack propagation threshold with crack length was studied at R=0.1 and different temperatures. A numerical tool was developed to automatically detect crack closure level more precisely for, as short as, 80μm cracks. Crack closure levels measured at different crack lengths obtained from progressive machining of the plastic wake were quite similar to the ones obtained during propagation of 2D-short cracks near the threshold, except at high temperatures where oxide-induced crack closure developed rapidly. Differences in behavior of long cracks and short cracks were explained by a reduction of crack closure level when crack wake was not fully developed.A non-propagation criterion based on formalism initially proposed by Kitagawa and a modified-Paris propagation law allow to give a better description of physically 2D-short crack propagation resistance
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Lavogiez, Cyril. "Étude de l’effet « dwell » dans le Ti-6Al-4V : mécanismes de déformation et d’amorçage de fissures en relation avec l’orientation cristallographique locale de la phase αp Concurrent operation of slip and twinning under cycling loading of Ti-6Al-4V Analysis of deformation mechanisms operating under fatigue and dwell-fatigue loadings in an α/β titanium alloy Deformation processes at crack initiation site under cyclic loading of Ti-6Al-4V with a dwell period On the mechanism of fatigue and dwell-fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V Why do titanium alloys withstand more strain under dwell-fatigue than under fatigue loadings". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0004.
Testo completoAbstract (sommario):
L’introduction d’un temps de maintien à charge maximale au cours d’un chargement mécanique cyclique d’un alliage de titane (α+β), conduit à une réduction du nombre de cycles à rupture. Cet abattement de durée de vie, appelé effet «dwell», s’accompagne également d’une augmentation de la déformation plastique à rupture et d’une transition de l’amorçage des fissures fatales de la surface vers le cœur. Malgré plus de 40 ans de recherche, ce phénomène, qui est lié à la viscoplasticité des alliages de titane à température ambiante, reste mal expliqué. Dans la littérature, les efforts se sont principalement concentrés sur l’étude du mécanisme d’amorçage de fissure. Différents modèles ont été proposés mais le manque de données expérimentales statistiques sur les sites d’amorçage de fissure en dwell-fatigue, ne permet pas de converger vers un accord général. De plus, peu d’études ont porté sur l’influence du temps de maintien sur les processus de déformation, qui précèdent et sont au cœur de l’amorçage des fissures de fatigue dans les alliages de titane. Les travaux de thèse présentés se proposent ainsi d’étudier l’effet «dwell» à travers l’influence du temps de maintien sur les liens entre la plasticité et l’amorçage des fissures. Pour cela, plusieurs essais de fatigue et de dwell-fatigue ont été effectués sur un alliage Ti-6Al-4V avec une microstructure bimodale. Une étude exhaustive de l’ensemble des mécanismes de déformation de la phase αp (glissement basal, prismatique, pyramidal et , aux interfaces et maclage), résultant de champs mécaniques hétérogènes influencés par le report des contraintes entre grains voisins ou l’interaction des bandes de glissement avec un joint de grain, a d’abord été effectuée. Les techniques d’analyse EBSD et d’analyse des lignes de glissement ont été utilisées dans ce but. Les mécanismes de déformation ont été comparés à des taux de déformation plastique similaires pour différentes durées de maintien. Enfin, les configurations microstructurales d’amorçage de fissures ont été caractérisées. Un mécanisme d’amorçage de fissures nouveau a été mis en évidence en lien avec des configurations microstructurales spécifiques, en fatigue comme en dwell-fatigue et en surface comme à coeur. L’association des résultats sur les modes de déformation et l’amorçage des fissures a permis finalement de de suggérer les points où de futurs efforts pourront se concentrerThe introduction of a hold time at maximum stress during the loading of an (α+β) titanium alloys leads to a reduction in the number of cycles to failure. This life debit, called “dwell effect” goes in hand with a higher plastic strain uptake at failure and a transition of the fatal crack initiation from surface to the volume. Despite more than 40 years of scientific research, the origins of this phenomenon, which is closely linked to the viscoplastic behavior of titanium alloy at room temperature, remains unclear. In the literature, the main efforts were focused on elucidating the mechanism of crack initiation. Several models have been proposed but the lack of experimental data with a statistical significance about the crack initiation sites under dwell-fatigue loading prevented to reach a general agreement. Moreover, few studies have investigated the influence of the hold time at maximum stress on the deformation mechanisms, although they precede crack initiation and govern the associated mechanisms under cyclic loading. The presented work is a study of the dwell effect through the analysis of the influence of the hold time at maximum stress in order to clarify the link between plasticity and crack initiation. In this aim, several fatigue and dwell fatigue tests have been performed on a Ti-6Al-4V alloy with a bimodal microstructure. An extensive study of deformation mechanism of the αp phase in relation to the heterogeneous mechanical fields influenced by load shedding between neighboring grains or interactions between slip bands and grain boundaries, has been performed. EBSD analyses and slip trace analysis were employed in this aim. The deformation mechanisms identified by these techniques (basal, prismatic, pyramidal and slip, interface sliding and twinning) were compared for different hold periods at maximum stress at similar cumulated plastic strain. Then, a microstructural configuration promoting crack initiation has been identified. It enabled to propose a new crack initiation mechanism. In addition, this mechanism is unique for crack initiation under fatigue and dwell-fatigue loadings and for surface and subsurface crack initiation. The combination of the results obtained on plasticity and crack initiation clarifies some features of the dwell effect and suggests some outlooks for future work
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Herbig, Michael. "3D short fatigue crack investigation in beta titanium alloys using phase and diffraction contrast tomography". Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00690521.
Testo completoAbstract (sommario):
X-Ray Diffraction Contrast Tomography (DCT) is a recently developed, non-destructive synchrotron imaging technique which characterizes microstructure and grain orientation in polycrystalline materials in three dimensions (3D). By combining it with propagation based phase contrast tomography (PCT) it is for the first lime possible to observe in situ the 3D propagation behavior of short fatigue cracks (SFCs) within a set of fully characterized grains (orientation and shape). The combined approach, termed 3D X-ray Tomography of short cracks and Microstructure (3DXTSM), has been developed on the metastable beta titanium alloy "Beta21S". A large part of this work deals with the development of the 3DXTSM methodology. In the combined dataset, each point on the 3D fracture surface can be associated with a multidimensional data structure containing variables describing the grain orientation, the local fracture surface normal and the propagation history. The method uses a surface mesh composed of triangles that describes the crack (in other words: the fracture surface) in the last propagation state measured. Grain orientations, crack fronts, local growth rates and grain boundaries can be visualized by assigning colors to this mesh. The data structure can be interrogated in a number of different ways. Tools for extracting pole figures and pole density distribution functions have been implemented. An algorithm was developed that is capable of measuring the 3D local growth rate of a crack containing branches. The accuracy of the grain boundaries as reconstructed with OCT was evaluated and the elastic constants of Beta21S were determined.
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Heredia, Stéphane. "Etude expérimentale et prédiction des conditions d'amorçage des fissures dans un assemblage rotor soumis à des chargements de fretting fatigue". Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2012. http://www.theses.fr/2012ECDL0009.
Testo completoAbstract (sommario):
Les endommagements sous chargement de fretting fatigue sont un enjeu majeur dans le domaine aéronautique. Cette sollicitation induit de forts taux d’abattement comparée à une sollicitation simple de fatigue multiaxiale. Une démarche basée sur des essais expérimentaux et le développement d’un moyen de calcul est proposée dans ce travail. De nombreux essais expérimentaux de fretting fatigue sont réalisés. Plusieurs configurations sont proposées, en faisant varier la géométrie du contre-corps, de façon à mettre en évidence un effet du gradient des contraintes sous le contact. Ces essais permettent de quantifier le seuil d’amorçage de la fissuration à 106 cycles. A partir de ces données, regroupées dans des cartes de fretting fatigue, un critère numérique est alors développé pour prédire les conditions d’amorçage à 106 cycles. Cette approche se base sur une analyse de la contrainte maximale principale à une certaine « distance critique » de la surface et inclut une fonction de poids dépendante du gradient des contraintes sous le contact.L’application industrielle est très intéressante puisque le critère prédit correctement le site d’amorçage de la fissuration et renseigne sur le risque d’amorçage à 106 cycles. Ces résultats ouvrent des perspectives très intéressantes pour mettre en œuvre cette méthodologie lors du dimensionnement des structuresFretting fatigue cracking response of a Ti-10V-2Fe-3Al titanium alloy was investigated in high cycle fatigue. Tests were conducted in a plain cylinder on plane configuration and partial slip condition was considered. In this study, a dual-actuator fretting fatigue machine is used which permits to separate both fretting and the fatigue loadings. In this configuration, crack initiation boundary was experimentally built in a fatigue loading – fretting loading, named Fretting Fatigue Map.Experimental results show that the addition and the increase of a fatigue loading involves in a drop of the tangential threshold for crack nucleation compared to fretting loading. As expected, the increase of the fatigue loading induces an increase of the crack velocity after nucleation but induces also an earlier nucleation. Crack initiation and propagation are both influenced by the two loadings. Based on these results, a numerical approach was finally proposed to predict the crack nucleation in fretting fatigue conditions. This criterion considers the maximal principal stress at a “critical distance” and includes a function which is stress gradient dependent.The proposed criterion is finally tested on two industrial applications. Results are very interesting because crack nucleation sites are well localised and values given by the criterion are consistent with experimental observations
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Dang, Van Truong. "Etude numérique statistique des champs locaux de contraintes en surface de polycristaux cubiques et hexagonaux en élasticité". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0003/document.
Testo completoAbstract (sommario):
Les premiers stades d'endommagement par fatigue au sein des matériaux métalliques polycristallins sont pilotés par les champs mécaniques locaux se développant à l'échelle des grains en surface. La formation de bandes de glissement persistantes est souvent à l'origine des fissures de fatigue. Cette localisation de la plasticité cyclique apparaît au sein de grains d'un polycristal dans lequel les champs de contraintes élastiques peuvent être fortement hétérogènes en fonction de la microstructure granulaire et de l'anisotropie élastique cristalline. La majeure partie de ce travail est consacrée à évaluer puis à analyser statistiquement les champs de contraintes au sein des grains de surface de polycristaux. Ce travail s'est concentré sur la réponse élastique des matériaux considérés afin d'étudier l'activation du glissement plastique et sa variabilité, puis, de façon un peu moins directe, ses conséquences vis-à-vis de la formation des fissures de fatigue. La méthodologie retenue est basée sur la simulation numérique en champs complets par éléments-finis de la réponse élastique d'un ensemble d'agrégats polycristallins dont les orientations cristallographiques sont tirées aléatoirement.Deux matériaux très différents du point de vue de l'élasticité cristalline et des systèmes de glissement ont été choisis comme support de l'étude. Le premier est l'acier inoxydable austénitique 316L à structure cubique à faces centrées et le second l'alliage de titane TA6V à structure hexagonale compacte. Les distributions de la cission résolue au sein d'ensembles de grains de surface, par classe d'orientation, sont analysées en relation avec les configurations cristallographiques locales afin d'identifier celles qui favorisent - ou au contraire inhibent - l'activation du glissement plastique. Les résultats obtenus, dans le cas du TA6V, suggèrent notamment une activation plus précoce et importante du glissement basal devant le glissement prismatique. De plus, la stratégie de simulation a été adaptée pour rendre compte de la présence de zones texturées appelées « macrozones » dont l'influence sur l'activation de plasticité peut être qualitativement prédite. L'activation du glissement dans le TA6V est également étudiée expérimentalement par la réalisation d'un essai in situ sous MEB où la précocité du glissement basal est constatée.Cet essai a également permis de caractériser la cinétique d'activation des différents types de glissements. Ces données, couplées aux statistiques des cissions simulées, permettent une estimation de la cission résolue critique sur les 2 types de glissementThe first stages of fatigue damage in metallic polycrystalline materials are governed by local mechanical field at the grain scale. Fatigue crack initiation is often related to the emergence of persistent slip band at surface.Localization of cyclic plasticity occurs within grains of polycristals in which elastic stress field can be highly heterogeneous due to the granular microstructure and crystalline anisotropic elasticity. The main goal of this study is to evaluate and analyse statistically the stress fields in surface grains of polycristals. In this work, the elasticregime only is considered in order to study the subsequent activation of plastic slip and its variability. The possibleconsequences regarding crack formation are also addressed but in a lesser extent. The methodology is based on fullfield finite element numerical simulation of the elastic response of a set of polycrystalline aggregates in which grains orientation is chosen randomly.The two materials chosen for this study exhibit different characteristics regarding crystal elasticity and slip systems.The first one is an austenitic stainless steels 316L (face centered cubic) and the second one a titanium alloy TA6V(hexagonal close packed). The distribution of resolved shear stress within several sets of surface grains, for different classes of crystal orientation, are analysed in relation to local crystallographic configurations in order to identify those which promote - or prevent from - plastic slip activation. For TA6V, the results suggest in particular that basal slip is activated earlier than prismatic slip. In addition, the simulation strategy has been modified tomodel the presence of some sharp band-like crystallographic textures named “macrozones” whose influence has been qualitatively predicted. Plastic slip activation in TA6V is also studied experimentally. In situ tensile test using SEM has shown the earlier activation of basal slip. Experimental data has been combined with simulated distribution of resolved shear stress in order to estimate the critical resolved shear stress of basal and prismatic slip systems