Thèses fatigue

Ci-dessous une liste de thèses soutenues récemment en France dans le domaine de la fatigue :

2014

Cinétiques d’endommagement à différentes échelles d’un acier austénitique inoxydable en fatigue à amplitude constante et variable
Ammar OULD AMER
11-12-2014
ENSTA-Paristech
Cette étude porte sur la caractérisation des processus d’endommagement en fatigue plastique d’un acier inoxydable austénitique. L’objectif est de préciser la nature et la part respective des différents stades d’endommagement dans la durée de vie du matériau. Des essais de fatigue oligocyclique, interrompus, ont été mis en place afin de suivre l’évolution de l’endommagement et d’en proposer une description. A chaque arrêt, des observations en surface, pour les différentes amplitudes de déformations totales imposées ont été réalisées. Ces observations ont été complétées par un suivi par émission acoustique. Les essais de fatigue sous chargement à amplitude constante mettent en évidence trois stades d’endommagement. Une modélisation a été proposée puis confrontée aux résultats obtenus en fatigue sous chargement à amplitude variable.

Étude expérimentale des éléments structuraux multi-matériaux collés sollicités en flexion : effet du fluage, fatigue et durabilité.
Firas Tout.
18-06-2014
Ce travail porte sur la compréhension du comportement en flexion, statique instantané, en fatigue et en fluage des structures multi matériaux du génie civil, constituées d’acier et de béton et assemblées par un adhésif de type époxy. L’analyse et la résolution du problème posé se feront à deux échelles : au niveau de l’interface et à l’échelle d’un élément de structure. De plus, l’attention sera tout particulièrement portée sur le comportement au cours du temps (fluage, relaxation, retrait…), la fatigue et la durabilité sous différents environnements. La première étape consiste à mener une analyse expérimentale sur la caractérisation de la connexion acier-béton, à l’échelle de l’interface, en vue de repérer les principaux facteurs influençant leur comportement mécanique. Pour cela, L’essai push out, analogue à celui utilisé pour caractériser les connecteurs des ponts mixtes, a été plus particulièrement utilisé. Des essais de vieillissement accéléré par immersion dans un bain d’eau chaude ont été réalisés. Ils n’ont pas diminué la contrainte de cisaillement moyenne à rupture de façon significative mais ont en revanche modifié le mode de ruine qui devient mixte (adhésif et cohésif dans la colle). Cette modification est à la fois due au primaire et à l’adhésif lui-même dont les performances intrinsèques diminuent avec le vieillissement. A l’échelle d’un élément de structure, nous avons enrichi les données expérimentales existantes sur le comportement instantané des poutres mixtes acier-béton collées avec la réalisation de 7 essais de flexion avec deux modes de sollicitation (flexion 3 et 4 points). Ces essais nous donnent une base solide pour nos essais en fatigue et sous fluage. On constate que le mode de ruine est mieux prédit en se basant sur une comparaison entre la contrainte de cisaillement dans les poutres avec les contraintes de cisaillement limite déduites des essais push-out. Cette conclusion montre la pertinence des essais push-out dans l’objectif de les prendre comme critère de dimensionnement. Aussi, et contrairement aux travaux antérieurs, nous pouvons conclure que la contrainte moyenne de cisaillement à l’interface entre le béton et l’acier est supérieure à la résistance en traction du béton utilisé. Pour le comportement à long terme, trois poutres ont été testées sous charge cyclique pour plus de 2 million de cycles et à plusieurs niveaux de charge. Une autre poutre a subi une charge constante pendant 7 mois pour étudier l’influence de fluage sur ce type de structure. Après les essais de fatigue et fluage, le comportement des poutres est analogue à celui des poutres de référence. Nous avons toujours une ruine par rotule plastique et non par cisaillement du joint de colle ce qui confirme sa bonne résistance vis-à-vis ces deux phénomènes

Influence d’accidents géométriques et du mode de chargement sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles d’un acier inoxydable austénitique 316L.
Raphaël GUERCHAIS. 18 juillet 2014.
Encadré par : Franck Morel (LAMPA, Arts et Métiers ParisTech centre d’Angers), Nicolas Saintier (I2M, Arts et Métiers ParisTech centre de Bordeaux)
L’objectif de ces travaux de thèse est d’étudier l’influence de la microstructure et de défauts géométriques sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) d’un acier inoxydable austénitique 316L. La méthodologie proposée s’appuie sur des sim-ulations par éléments finis (EF) d’agrégats polycristallins qui permettent de décrire les champs mécaniques à l’échelle des mécanismes impliqués dans les processus d’amorçage de fissures de fatigue. Une étude numérique préliminaire, s’appuyant sur des données expérimentales is-sues de la littérature, est conduite sur un cuivre électrolytique à l’aide de simulations numériques d’agrégats polycristallins en 2D. L’effet du trajet de chargement et de dé-fauts artificiels de taille proche ou légèrement supérieure à celle de la microstructure sur les réponses mécaniques mésoscopiques sont analysés. Les capacités de prédiction de quelques critères de fatigue, s’appuyant sur des quantités mécaniques mésoscopiques, sont évaluées. Il est mis en évidence que les limites de fatigue macroscopiques prédites par un critère de fatigue probabiliste sont en accord avec les tendances expérimentales observées en fatigue multiaxiale et en présence de défauts. Une campagne expérimentale a été menée sur un acier austénitique 316L. Des essais de fatigue oligocyclique sont conduits afin de caractériser le comportement élasto-plastique du matériau. Des essais de FGNC, utilisant des éprouvettes avec et sans défaut de sur-face (défaut artificiel hémisphérique) ont été effectués pour estimer les limites de fatigue dans différentes conditions de sollicitation (traction, torsion, traction et torsion combinée, traction biaxiale) et pour plusieurs rayons de défaut. Dans le but de compléter la car-actérisation du matériau, la microstructure est étudiée à l’aide d’analyses EBSD et la texture cristallographique est mesurée par diffraction des rayons X. Ces résultats expéri-mentaux sont utilisés pour reproduire, avec des simulations EF, les essais de FGNC sur des microstructures 2D et 3D représentatives de l’acier austénitique. L’hétérogénéité de quantités mécaniques mésoscopiques pertinentes en fatigue est discutée avec une attention particulière sur l’effet des défauts. L’approche probabiliste est appliquée aux résultats des modèles EF pour quantifier l’effet de la taille du défaut, pour différents trajets de charge-ment. La pertinence, vis-à-vis des observations expérimentales, des distributions de la limite de fatigue prédites est évaluée.

Etude expérimentale et modélisaton de la micro-propagation à partir d’anomalies de surface dans l’Inconel 718DA. Luc Doremus. Sous la direction de Yves Nadot et de Gilbert Hénaff.
24-03-2014. ENSMA
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Les motoristes aéronautiques doivent répondre à de nouvelles demandes de certifications en tolérance aux dommages. Ils doivent en particulier démontrer que la présence de petites anomalies de surface, pouvant être introduites lors d’opérations de maintenance, ne mène pas à la rupture des pièces les plus critiques de leurs moteurs. Cette étude concerne la caractérisation de la nocivité d’anomalies de surface de type rayure et choc sur la tenue en fatigue du superalliage à base Nickel Inconel 718 sous sa version Direct Aged. Une campagne d’essais expérimentaux a permis d’évaluer l’influence de la contrainte maximale, de la température, du type et de la profondeur des anomalies de surface sur leur durée de vie en fatigue. Une étude expérimentale et numérique approfondie de la méthode de suivi de la différence de potentiel a conduit à une bonne maîtrise de cet outil de détection de l’amorçage et de suivi de la fissuration. Son utilisation a ainsi révélé que l’amorçage de fissure est très rapide à partir de rayures et de chocs mais que la vitesse de propagation dans les premiers stades de fissuration est ralentie. Des essais spécifiques ont alors été développés pour identifier la source physique des phénomènes observés. L’utilisation d’un traitement thermique a notamment permis de mettre en avant l’influence prédominante des contraintes résiduelles de compression générées lors de l’introduction des anomalies. Différentes méthodes expérimentales et numériques ont été testées pour les quantifier et des pistes de modélisations ont été mises en avant pour prédire de manière fiable la durée de vie en fatigue d’anomalies de surface de type rayure et choc.

Effets des procédés de fabrication sur la tenue en fatigue de deux alliages de magnésium Mg-Zn-Zr-Re : fonderie, forgeage et usinage. Nathalie Wojtowicz. 18-04-2014. ISAE
Aujourd’hui les enjeux environnementaux deviennent cruciaux et la pression exercée sur l’industrie aéronautique concernant la consommation de carburant et la production de gaz à effet de serre ne cesse d’augmenter. Cela conduit les équipementiers, avionneurs et motoristes à réduire la masse des aéronefs et donc à utiliser des matériaux de plus en plus performants. Le magnésium est un tiers plus léger que l’aluminium et représente donc un intérêt évident pour des applications aéronautiques dont la température en service ne dépasse pas 200°C. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet CARAIBE (CARters Aéronautiques Innovants à Bénéfice Environnemental) qui vise à promouvoir l’utilisation de deux nouveaux alliages de magnésium dans l’aéronautique : le MRI301F et l’Elektron21. Ces deux alliages étant relativement récents, il existe très peu de données les concernant. La détermination des propriétés mécaniques de ces alliages est donc essentielle dans le cadre du projet, et en particulier la connaissance de la résistance en fatigue. La thèse doit permettre de relier la tenue en fatigue des deux alliages retenus au procédé de fabrication du matériau. Dans un premier temps, il s’agit d’expliquer les mécanismes de rupture dans les alliages coulés et d’intégrer ces mécanismes dans un modèle de durées de vie en fatigue. Dans un deuxième temps, l’objectif est de déterminer les paramètres influents de l’intégrité de surface usinée sur la tenue en fatigue dans les alliages forgés afin de proposer un modèle de durées de vie. En l’absence d’un effet de l’intégrité de surface, il s’agit d’identifier les paramètres qui pilotent la durée de vie en fatigue des pièces forgées. Les résultats des travaux de thèse ont permis de mettre en évidence le déclenchement d’un effet rochet dès les premiers cycles de chargement pour l’ensemble des matériaux étudiés. L’endommagement sous charge cyclique est lié à une interaction fatigue-fluage à température ambiante.

Damage mechanisms in short glass fiber reinforced polyamide-66 under quasi-static and fatigue loading: Effect of relative humidity and injection molding induced microstructure
Muhamad Fatikul ARIF. 25-03-2014. Directeur de thèse : F. Meraghni, Co-encadrants de thèse : J. Fitoussi, N. Saintier. Arts et Métiers
Résumé :
Le présent travail s’appuie sur une approche expérimentale étendue visant l’identification des mécanismes d’endommagement en chargement quasi-statique et en fatigue du PA66/GF30, en prenant notamment en compte l’influence de la teneur en eau et de la microstructure induite par le moulage par injection. Les essais et les observations in situ au MEB mettent en exergue le rôle déterminant de l’humidité relative sur l’initiation, le niveau et la chronologie de l’endommagement. Une analyse par micro-tomographie aux rayons X sur des échantillons ayant subi un chargement de fatigue montre que l’endommagement augmente continuellement et progressivement au cours de la fatigue, et plus significativement dans la deuxième moitié de sa durée de vie. Les résultats obtenus en quasi-statique et en fatigue révèlent des mécanismes d’endommagement similaires, notamment une décohésion des interfaces fibre/matrice. Une chronologie générale de l’endommagement est établie. Celui-ci s’initie en extrémités de fibres ou plus globalement là où les fibres sont relativement proches les unes des autres. Il s’ensuit des décohésions interfaciales se propageant le long des fibres. A une contrainte en flexion plus élevée, des microfissures de la matrice peuvent apparaître et se propager par coalescence, ce qui aboutira à la rupture. Ces résultats expérimentaux permettent d’alimenter une modélisation multi-échelles de l’endommagement à fort contenu physique. Celle-ci contribuera alors à une prédiction pertinente de l’endommagement dans les thermoplastiques renforcés pour application automobile.

Etude du comportement et de l’endommagement en fatigue des aciers à outils travaillant à chaud
M. Baccar. 20-03-2014. INSTITUT CLEMENT ADER
Résumé:
Les outillages de mise en forme à chaud sont soumis à des sollicitations thermomécaniques transitoires. Ils sont donc confrontés à la fissuration par fatigue. Le but de ce travail est d’étudier la durée de vie en fatigue des aciers d’outillage, notamment leurs résistances à la propagation de fissure. Dans un premier temps, les chargements thermiques appliqués aux outillages ont été évalués par des capteurs thermiques introduits dans les moules. Puis, des essais de fatigue oligocyclique isothermes ont été réalisés pour étudier la durée de vie des aciers tout en tenant compte de l’effet de température. La résistance à la propagation de fissure de fatigue dans les différents aciers a été déterminée à température ambiante par le biais de différents critères comme l’amplitude de facteur d’intensité de contrainte (∆K) ou l’amplitude d’ouverture de fissure (∆CTOD). Ce dernier est obtenu par la technique de corrélation d’images. La simulation numérique de la propagation de fissure a été menée par la méthode des éléments finis. L’influence des modèles de comportement utilisés (élastoplastique monotone et élastoviscoplastique cyclique) a été mise en évidence sur le calcul de l’ouverture de fissure et sur l’évaluation de la déformation plastique en pointe de fissure.

Etude de l’influence du décapage et d’anodisations compacte et tubulaire sur l’intégrité de surface et la résistance en fatigue de l’alliage de titane TA6V
Eric Vermesse. 04-02-2014. INSTITUT CLEMENT ADER. Direction : L. ARURAULT, C. MABRU
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Estimation rapide de la triaxialité des contraintes, des déformations plastiques et de
l’endommagement sur les bords libres de structures sollicitées thermomécaniquement
Adrien DARLET. 21-01-2014. LMT-Cachan, ENS Cachan
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Etude expérimentale et simulation numérique 3D du développement en fatigue d’une fissure partiellement déversée dans une tôle mince
Jean-Baptiste Esnault. 21-01-2014. Ecole Polytechnique
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2013

Ingénierie de modèles pour la prévision rapide de la tenue en fatigue oligocyclique des assemblages soudés
Sarah Plessis. 06-12-2013. Laboratoire Brestois de Mécanique et des Systèmes. Direction : Sylvain Calloch.
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Etude par émission acoustique de la plasticité et de l’endommagement de l’aluminium en fatigue oligocyclique
Wafa BEN RHOUMA EL MAY. 12-12-2013. INSA Lyon. Direction : S. Deschanel, J. Weiss
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Approche énergétique pour la modélisation de la fatigue par endommagement des chaussées bitumineuses
Mohamed Boudabbous. 28-10-2013. Direction : Christophe Petit, Anne Millien
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Modélisation numérique de la propagation d’une fissure lors d’une rupture par fatigue à très grand nombre de cycles
Hoang Quan Nguyen. 03-10-2013. Direction : Laurent Gallimard
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Comportement cyclique et en fatigue d’un alliage cuivreux injecté sous pression
Grégory Flégeau. 18-09-2013. INSA Rouen. Direction : Lakhdar Taleb
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Prédictions multi-échelles de l’initiation des microfissures de fatigue
Jia LIU. 17-12-2013. Université Pierre et Marie Curie (Paris 6). Direction : M. Sauzay
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De la contribution de la visco-élasto-plasticité au comportement en fatigue de composites à matrice thermoplastique et thermodurcissable
William Albouy. 14-11-2013. INSA ROUEN. Direction : Lakhdar Taleb, Benoît Vieille
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Approches multi-échelles du vieillissement et du comportement mécanique cyclique dans le tantale
Damien Colas. 8-11-2013. Mines Paris. Direction : Samuel Forest et Eric Finot.
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Analyse thermomécanique du comportement cyclique des élastomères par mesure des champs
Jose ricardo Samaca martinez. 13-12-2013. Direction : Jean-benoit Le cam
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Comportement en fatigue avant et après impact de composites tissés chanvre/époxy
Davi Silva De Vasconcellos. 19-12-2013. ENSMA. Direction : Fabienne Lagattu et Laurence Chocinski
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Étude de la nocivité d’un défaut de fonderie sur la durée de vie en fatigue à haute température d’une aube monocristalline, cas du joint de grains
Melanie LEROY. 10-12-2013. Mines Paris
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Étude de la fissuration en plasticité généralisée de composants moteurs des lanceurs spatiaux Ariane 5
Auréliane HEUDT. 06-12-2013. Mines Paris
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Propagation de délaminage par fatigue vibratoire dans un matériau composite
Irène Maillet. 08-04-2013. Institut Clément Ader. Direction : Yves Gourinat, Laurent Michel
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Propagation de coupure en fatigue sur composites tissés – Etude expérimentale et modélisation
Thomas Rouault. 18-06-2013. Institut Clément Ader. Direction : Christophe Bouvet
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Influence de l’usinage sur la durée de vie en fatigue de pièces aéronautiques en alliage de titane
Kamel Moussaoui. 26-06-2013. Institut Clément Ader. Direction : P. Lagarrigue, M. Mousseigne
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Etude de la tenue en fatigue d’un acier inoxydable martensitique pour l’aéronautique en milieu marin corrosif.
Mohamed EL MAY. 19-04-2013. ENSAM ParisTech. Direction : Thierry PALIN-LUC, Nicolas SAINTIER
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2009

Impact des caractéristiques microstructurales des pièces forgées sur leur tenue en fatigue à grand nombre de cycles
Marc MILESI. 30-06-2009. MINES DE PARIS
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2008
Frédéric MENAN
Influence de la corrosion saline sur la tolérance aux dommages d’un alliage d’aluminium aéronautique 2XXX
ENSMA – Université de Poitiers. Décembre 2008
Directeur de thèse : Pr. Gilbert Hénaff

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