Fissuration par fatigue dans les matériaux ductiles Sylvie Pommier LMT Cachan, 61, avenue du Président Wilson 94235 Cachan pommier@lmt.ens-cachan.fr tel: 01 47 40 28 69 1

Pablo Lopez Crespo (ANR depuis dec. 2006) Juan Ruiz et Emmanuelle Laure (col. Snecma 2004-2007) Rami Hamam (col. SNCF 2003-2006) Marion Risbet (col. Snecma 2002-2003) Sébastien Kurzawa (col. SNCF, 2002)

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

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. 1342-1346, 2005.

Contraintes Résiduelles Origine: Plasticité cyclique sig F eps Contraintes Résiduelles

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

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

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

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

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

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

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

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

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

SIMULATION DES ESSAIS COMPLEXES A 550°C

VALIDATION (Col. SNCF, Thèse Rami Hamam)

Effet du rapport de charge en fatigue à amplitude constante

Application d’une surcharge unique

Chargement par blocs da/dN

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

Modélisation de l’action de l’environnement

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

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

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

IDENTIFICATION LOI DE FISSURATION à 600°C

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

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

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

Premières extensions en modes mixtes

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

Maillage

On complète la cinématique pour le mode II

Construction de surface seuil

Résultat

Idem mais après une précharge

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)

Conclusions et perspectives

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 ?