Fissuration des métaux en fatigue multiaxiale

VERONIQUE DOQUET; GRACIELA BERTOLINO

Francia

Simposio; Colloque National MECAMAT, Fatigue des Matériaux et des Structures; 2007

Mecamat-Francia

<!-- @page { size: 8.5in 11in; margin: 0.79in } P { margin-bottom: 0.08in } --> Des observations effectuées sur des alliages variés (Brown et al, 1985, Otsuka et al, 1987, Tschegg et al, 1988, Smith et al, 1988, Planck et al, 1998, Pinna et al, 1999) montrent qu’en fatigue, une fissure sollicitée en mode de cisaillement ne bifurque immédiatement pour se propager en mode d’ouverture que si KIIeffectif (ouKIIIeffectif)est inférieur à une valeur seuil, dépendant du matériau. Au delà de ce seuil, la fissure se propage dans son plan et ne bifurque que si le frottement de ses flancs fait chuter KIIeffectif (ouKIIIeffectif)en dessous du seuil mentionné plus haut. Les critères usuels de bifurcation (contrainte tangentielle ou taux de restitution d’énergie maximums, densité d’énergie de déformation minimale, symétrie locale etc…) ne rendent pas compte de ces observations, prévoyant tous une bifurcation immédiate, quelle que soit l’amplitude du chargement. En outre, ces critères se basent sur les champs de contrainte et déformation donnés par la Mécanique Linéaire de la Rupture, non représentatifs des champs réels en pointe de fissure, à fort KII (ou KIII). Le critère de vitesse maximale (Hourlier et al, 1985, Brown et al, 1985, Tschegg et al, 1988, Pinna et al 1999) -selon lequel une fissure de fatigue se propage dans la direction et selon le mode, I ou II, pour lesquels sa vitesse est la plus grande- permet de rendre compte des propagations coplanaires en mode de cisaillement, à fort KII comme des bifurcations, à faible amplitude. Toutefois, sous chargement de mode I + II non proportionnel, il peut arriver qu’une fissure se propage dans une direction où les deux modes agissent, de façon synchrone ou non. Les vitesses de propagation observées peuvent alors être très élevées, signe d’un effet synergique entre les modes (Doquet et al 2004). L’application d’un critère basé sur les seules cinétiques de mode I et II purs devient alors problématique. On propose ici une nouvelle approche, basée sur l’application, en pointe de fissure, de deux critères de fatigue de type « plan critique », prévoyant , à partir des champs locaux calculés en élasto-plasticité, une rupture soit « en ouverture » soit « en cisaillement  et le choix du mode d’endommagement le plus rapide. On montre que cette approche, cohérente avec le critère de vitesse maximale, rend également compte de la non-bifurcation des fissures sollicitées en mode II, à fort KII et qu’appliquée à des chargement non proportionnels, elle rend compte de certains effets synergiques.