Fissuration par fatigue dans les matériaux ductiles Sylvie Pommier LMT Cachan, 61, avenue du Président Wilson 94235 Cachan pommier@lmt.ens-cachan.fr.

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1 Fissuration par fatigue dans les matériaux ductiles Sylvie Pommier LMT Cachan, 61, avenue du Président Wilson Cachan tel: 1

2 Pablo Lopez Crespo (ANR depuis dec. 2006)
Juan Ruiz et Emmanuelle Laure (col. Snecma ) Rami Hamam (col. SNCF ) Marion Risbet (col. Snecma ) Sébastien Kurzawa (col. SNCF, 2002)

3 Complexité des chargements réels: variables, multiaxiaux, anisothermes …
alignement courbe courbe

4 Comportement non-linéaire / Effet d’histoire …
Essais sur éprouvettes CCT, Acier à 0.48%C, T°ambiante [Hamam et al. 2005] R. Hamam, S. Pommier et F. Bumbieler. Mode I fatigue crack growth under biaxial loading. International Journal of Fatigue, vol. 27 pp , 2005.

5 Contraintes Résiduelles
Origine: Plasticité cyclique sig F eps Contraintes Résiduelles

6 Objectifs de nos travaux:
Utiliser l’approche locale (éléments finis) pour ses avantages Tenir compte des détails du comportement du matériau écrouissages / dépendance en température … Explorer facilement de nombreux cas Alléger l’identification Utiliser une méthode de changement d’échelle établir un modèle à l’échelle globale Calculer ensuite à l’échelle globale -pour des calculs performants

7 Loi de comportement du matériau
Démarche Local Global Changement d’échelle modèle EF Loi de comportement du matériau Champ de tenseurs

8 Loi de comportement du matériau
Démarche Local Global Changement d’échelle modèle EF Loi de comportement du matériau Champ de tenseurs Post traitement Facteurs d’intensité Champ spatiaux

9 Loi de comportement du matériau
Démarche Local Global Changement d’échelle modèle EF Loi de comportement du matériau Champ de tenseurs Post traitement

10 Démarche Local Global Changement d’échelle modèle EF Post traitement
Loi de comportement du matériau Champ de tenseurs Post traitement rI mesure la plasticité à l’échelle globale

11 Démarche Local Global Changement d’échelle modèle EF Evolution de r
Loi de comportement du matériau Champ de tenseurs Evolution de r Loi de comportement pour la fissure Quelques équations scalaires Post traitement rI mesure la plasticité à l’échelle globale

12 Comportement du matériau, élasto-plastique parfait, Re=400 MPa

13 Exp. Requiert un (ou +) essai de fissuration par fatigue
Modèle à l’échelle globale Loi de comportement élastoplastique cyclique pour la fissure Exp. Requiert un essai de traction compression cyclique sur éprouvette lisse au moins Loi de fissuration Exp. Requiert un (ou +) essai de fissuration par fatigue

14 SIMULATION DES ESSAIS COMPLEXES A 550°C Col Snecma, Thèse Juan Ruiz

15 SIMULATION DES ESSAIS COMPLEXES A 550°C

16 VALIDATION (Col. SNCF, Thèse Rami Hamam)

17 Effet du rapport de charge en fatigue à amplitude constante

18 Application d’une surcharge unique

19 Chargement par blocs da/dN

20 Une approche locale pour :
Tenir compte des particularités du matériau Allèger l’identification expérimentale Un changement d’échelle Dans le cadre de la thermodynamique Pour permettre des calculs rapides Une loi de fissuration incrémentale Pas de comptage de cycles Sollicitations anisothermes

21 Modélisation de l’action de l’environnement

22 LE CONTEXTE INDUSTRIEL: SNECMA
Disques de turbines du moteur M88 (fortes sollicitations thermomécaniques) Fatigue aléatoire + anisothermie Le modèle doit traiter la fatigue à amplitude variable + couplages multiphysiques

23 COMPETITION OXYDATION/CORROSION
Croissance d’une couche d’oxyde passivante avec le temps Rupture de cette couche d’oxyde 02 02 Chargement Temps 02

24 Modèle modifié, au niveau de la loi de fissuration
Croissance d’une couche d’oxyde passivante avec le temps Rupture de la couche passivante avec r

25 IDENTIFICATION LOI DE FISSURATION à 600°C

26 IDENTIFICATION ISOTHERME ET INTERPOLATION
Traitement de cycles anisothermes  interpolation pour b, Kb et Kr Activation thermique corrosion Avec Q=130 kJ/mol BIBLIO Auto-diffusion intergranulaire Ni Q = 115 kJ/K.mol Auto-diffusion intragranulaire Ni Q = 270 kJ/K.mol

27 Superalliage à base de Nickel N18 à 575°C Effet de forme des cycles
Résultats issus de la thèse de G. Hochstetter

28 Superalliage à base de Nickel N18 à 575°C Effet de forme des cycles

29 Premières extensions en modes mixtes

30 ENJEUX Détermination du plan de propagation local Surcharge
Détermination de la cinétique Ref J.C. Leroux F. Hasnaoui et P. Massin

31 Maillage

32 On complète la cinématique pour le mode II

33 Construction de surface seuil

34 Résultat

35 Idem mais après une précharge

36 Une fonction seuil de plasticité a été trouvée pour la région en pointe de fissure
Une précharge semble simplement déplacer et modifier la dimension de cette surface On calcule également la direction d’écoulement (reste à coupler à la fissuration)

37 Conclusions et perspectives

38 Un modèle incrémental de fissuration sous chargement complexe a été mis au point, identifié et validé pour le mode I. Le modèle a été adapté pour prendre en compte les effets de corrosion en phase gazeuse, dans le cas du superalliage N18. Le modèle a été identifié pour diverses température afin de traiter des problèmes anisothermes? Des premiers éléments ont été mis en place pour les chargements en modes mixtes  à poursuivre Dans le futur : Utilisation comme une « loi de comportement » pour un élément finis étendu ?