Multiaxialité, hétérogénéités intrinsèques et structurales des essais d'auto-échauffement et de fatigue à grand nombre de cycles - Université Pierre et Marie Curie Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Multiaxiality, material and stress heterogeneities of self-heating tests and high cycle fatigue tests

Multiaxialité, hétérogénéités intrinsèques et structurales des essais d'auto-échauffement et de fatigue à grand nombre de cycles

Résumé

High Cycle Fatigue and self-heating tests are linked by the onset of microplasticity. For example an empirical law allows one to predict "the" fatigue limit with only one specimen and a short test for several materials. A unified framework based on the random onset of micoplasticity has been proposed, leading to estimation of the fatigue scatter. As the majority of these studies deals with uniaxial loadings, multiaxiality is first discussed. Tension-torsion self-heating tests are performed on tubular specimens to validate two versions of the former model from a thermal point of view. The heterogeneity of samples is taken into account. After a series of proportional loading paths, the role of mean shear stress is investigated. Two types of non-proportional loading paths are studied. Different fatigue tests are performed to find the validity domain of each version of the model. In a second part the case of surface effects on steel sheets are analysed. The mean temperature revealing the presence of a surface effect but not precisely enough, the temperature field in the transverse direction of the sheet is looked for by use of in situ IR microthermography. A specific protocol is designed to prevent - at least reduce - several artefacts due to thermoelasticity, rigid body motions, optical properties, convection. Finally amplitudes of heterogeneities as small as 10-3 K are measured in steady-state cases at submillimetric scales. This experimental protocol allows for the qualification of the studied surface effects.
Le lien empirique entre rupture par fatigue à grand nombre de cycles et essai d'auto-échauffement permet de prévoir rapidement les caractéristiques de fatigue de nombreux matériaux depuis quelques années. Au delà de cette relation empirique, un modèle rationnel basé sur l'apparition probabiliste de foyers de microplasticité a déjà été proposé, donnant une estimation de la dispersion des essais de fatigue. Fort de ceci, le cadre d'application de ce modèle est ici étendu aux chargements multiaxiaux dans un premier temps. Pour cela des essais d'auto-échauffement de traction-torsion sur éprouvettes tubulaires sont réalisés pour valider thermiquement deux versions du modèle. Un facteur d'hétérogénéité de dissipation est introduit pour s'affranchir de la géométrie des éprouvettes. L'influence de la contrainte moyenne de cisaillement sur les courbes d'auto-échauffement est étudiée. Des essais de fatigue multiaxiale différencient par la suite le domaine de validité des deux versions du modèle. Dans un second temps les effets de surface sur tôle sont étudiés par essai d'auto-échauffement. La mesure de la température moyenne des tôles ne permettant pas de retrouver les caractéristiques de fatigue, une mesure du champ de température dans l'épaisseur de la tôle est proposée. L'ensemble du protocole de mesure par micro-thermographie IR in situ est choisi afin de réduire voire supprimer différents artefacts. Il permet de mesurer des amplitudes d'hétérogénéité de température stabilisée de l'ordre de 10-3 K à une échelle submillimétrique. Appliqué aux tôles étudiées, il permet de mettre à jour l'existence d'effets de surface.
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Dates et versions

tel-00200459 , version 1 (20-12-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00200459 , version 1

Citer

Martin Poncelet. Multiaxialité, hétérogénéités intrinsèques et structurales des essais d'auto-échauffement et de fatigue à grand nombre de cycles. Mécanique [physics.med-ph]. École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00200459⟩
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