LA RUPTURE PAR FATIGUE SE PRODUIT GENERALEMENT SELON DES PLANS PRINCIPAUX, MAIS ON OBSERVE PARFOIS, DANS LES PIECES SOLLICITEES EN TORSION OU EN FATIGUE DE CONTACT, LE DEVELOPPEMENT DE FISSURES MACROSCOPIQUES EN MODE DE CISAILLEMENT. ON SE PROPOSE DONC D'ETUDIER LES MECANISMES ET LA CINETIQUE DE CROISSANCE DE CE TYPE DE FISSURE, ENCORE MAL CONNUS, ET DE PRECISER LES CONDITIONS DE LEUR APPARITION. L'ETUDE EXPERIMENTALE MENEE SUR UN ACIER MARAGING UTILISE UNE MACHINE DE TRACTION-TORSION FONCTIONNANT DANS UN MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE. DES MICROGRILLES DEPOSEES LE LONG DES FLANCS DES FISSURES SERVENT DE REPERE POUR MESURER AVEC PRECISION LES PROFILS DE DEPLACEMENT LORS DE LA MISE EN CHARGE, EN CISAILLEMENT PLAN, D'EPROUVETTES PLATES OU TUBULAIRES PREFISSUREES. POUR UN CHARGEMENT SUFFISANT, UNE PROPAGATION EN MODE II PROGRESSIVEMENT RALENTIE (SUR UNE DISTANCE QUI CROIT AVEC L'AMPLITUDE DU CHARGEMENT, ET PEUT ATTEINDRE 5 MM) SUIVIE D'UN BRANCHEMENT EST OBSERVEE. DES DEBRIS D'ABRASION SONT PRODUITS PAR LE FROTTEMENT DES FLANCS DE FISSURE. LES DEPLACEMENTS MESURES LE LONG DES FLANCS SONT INFERIEURS AUX DEPLACEMENTS THEORIQUES, CALCULES EN L'ABSENCE DE FROTTEMENT, SURTOUT EN PRESENCE D'UNE CONTRAINTE STATIQUE DE COMPRESSION QUI ACCROIT LE FROTTEMENT DES FLANCS. CECI MONTRE LA NECESSITE D'INTRODUIRE UN FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE EFFECTIF POUR DECRIRE CES CHAMPS DE DEPLACEMENT. UNE APPROCHE INVERSE EST DEVELOPPEE POUR LE DEDUIRE DES PROFILS DE DEPLACEMENT MESURES. ON A AINSI ETABLI UNE CINETIQUE INTRINSEQUE POUR LE MODE II. LORS D'UNE PROPAGATION A CHARGEMENT NOMINAL CONSTANT, LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE EFFECTIF DECROIT LENTEMENT (D'OU LE RALENTISSEMENT OBSERVE) JUSQU'A ATTEINDRE UNE VALEUR SEUIL EN DECA DE LAQUELLE LE DEVELOPPEMENT D'UNE BRANCHE EN MODE I, PLUS RAPIDE, PREND LE DESSUS. ON MONTRE QU'UN CRITERE DE VITESSE MAXIMALE PERMET D'INTERPRETER LES TRAJETS DE FISSURATION OBSERVES DANS L'ACIER MARAGING, ET DE RATIONALISER CERTAINES OBSERVATIONS, APPAREMENT CONTRADICTOIRES, DE LA LITTERATURE.

This volume constitutes the Proceedings of the IUTAM Symposium on "Analytical and Computational Fracture Mechanics of Non-homogeneous Materials", held in Cardiff from 18th to 22nd June 2001. The Symposium was convened to address and place on record topical issues in analytical and computational aspects of the fracture of non-homogeneous materials as they are approached by specialists in mechanics, materials science and related fields. The expertise represented in the Symposium was accordingly very wide, and many of the world's greatest authorities in their respective fields participated. Given the extensive range and scale of non-homogeneous materials, it had to be focussed to enhance the quality and impact of the Symposium. The range of non-homogeneous materials was limited to those that are inhomogeneous at the macroscopic level and/or exhibit strain softening. The issues of micro to macro scaling were not excluded even within this restricted range which covered materials such as rock, concrete, ceramics and composites on the one hand, and, on the other, those metallic materials whose ductile fracture is strongly influenced by the presence of inhomogeneities. The Symposium remained focussed on fundamental research issues of practical significance. These issues have many common features among seemingly disparate non-homogeneous materials.

Ce travail vise à améliorer notre compréhension du comportement en fatigue à grand et très grand nombre de cycles d'un acier ferrito-martensitique dual phase, notamment les effets de la température et de la vitesse de déformation résultant de chargements cycliques à haute fréquence. L'effet de la fréquence sur la réponse en fatigue de l'acier DP600 a été étudié en effectuant des essais de fatigue sur une machine ultrasonique travaillant à 20 kHz et sur une machine conventionnelle travaillant à des fréquences inférieures à 100 Hz. Des études de fractographie et des observations microscopiques à la surface des échantillons ont été effectuées pour étudier les mécanismes de déformation et de rupture. De plus, la thermographie infrarouge in situ a été utilisée pour étudier la réponse thermique et les mécanismes dissipatifs du matériau lors des essais de fatigue. Les courbes S-N ont été déterminées à partir de chargements de fatigue ultrasoniques à 20 kHz et d'essais conventionnels à 30 Hz. La durée de vie pour une amplitude de contrainte donnée est plus élevée dans le cas de la fatigue ultrasonique bien que la limite de fatigue soit identique dans les deux cas. L'augmentation inévitable de la température en fatigue ultrasonique à fortes amplitudes de contraintes, ainsi que le comportement dépendant de la vitesse de déformation de la ferrite, en tant que structure CC, ont été trouvés comme les paramètres clés expliquant le comportement observé en fatigue, et la réponse thermique sous les fréquences faibles et ultrasoniques. Les écarts observés entre l'essai de fatigue conventionnel et celui ultrasonique ont été évalués à travers les mécanismes de mobilité des dislocations vis dans la phase ferritique de structure cubique centrée (CC). La durée de vie plus élevée et l'amorçage de la fissure principale sur une inclusion observés en fatigue ultrasonique ont été attribués au vieillissement dynamique résultant du fort auto-échauffement du matériau aux fortes amplitudes de contraintes. L'existence d'une transition du régime thermiquement activé au régime athermique avec l'augmentation de l'amplitude de contrainte a été mise en évidence. Au-dessous de la limite de fatigue, la déformation a lieu dans un régime thermiquement activé alors qu'elle est dans un régime athermique au-dessus de la limite de fatigue. En fatigue conventionnelle, la déformation est athermique pour toutes les amplitudes de contrainte. Une carte de transition a été produite en utilisant les résultats expérimentaux pour l'acier DP600 ainsi que les données disponibles dans la littérature pour d'autres aciers à base de ferrite, montrant ainsi la corrélation entre le mouvement des dislocations vis thermiquement activé et l'absence de rupture en fatigue à très grand nombre de cycle.

CETTE ETUDE A POUR OBJET LA CARACTERISATION DE LA PROPAGATION DES FISSURES DE FATIGUE SOUS SPECTRES DE CHARGEMENT REDUITS COMPARATIVEMENT A LA PROPAGATION SOUS CHARGEMENT D'AMPLITUDE CONSTANTE DANS LE CAS D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM 2024-T351. LES SPECTRES REDUITS CONSIDERES SONT ISSUS DE L'HISTORIQUE STATISTIQUE DES CONTRAINTES SUR L'INTRADOS DE L'AILE D'UN AVION CIVIL. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMETTENT DE DECRIRE LA CROISSANCE DES FISSURES PAR VOL EN FONCTION DU FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE MAXIMAL K#M#A#X ET DE MESURER LA DUREE DE VIE CORRESPONDANT A LA CROISSANCE ENTRE DEUX LONGUEURS DE FISSURE. LA PRISE EN COMPTE DE L'EFFET DE FERMETURE A PERMIS D'OPTIMISER L'ESTIMATION DE LA DUREE DE VIE FAITE SELON UNE DEMARCHE CLASSIQUE DE CUMUL LINEAIRE DANS LE DOMAINE DE PROPAGATION SUPERIEUR A UNE TRANSITION DANS LE MECANISME DE PROPAGATION APPELEE T#2. UNE METHODE D'ANALYSE FRACTOGRAPHIQUE QUANTITATIVE A ETE MISE AU POINT. IL EST MONTRE QUE L'EVOLUTION DES FACIES, POUR K#M#A#X SUPERIEUR A T#2, EST ESSENTIELLEMENT CONTROLEE PAR LE NIVEAU DU CHARGEMENT LE PLUS ELEVE. PAR CONTRE, POUR LES FAIBLES VALEURS DE K#M#A#X (EN DESSOUS DE T#2), LE PARAMETRE DOMINANT EST LE CYCLE SOL-AIR-SOL. UN MODELE BASE SUR LES CONCEPTS ENERGETIQUES EST PROPOSE. CE MODELE, QUI PERMET L'ETABLISSEMENT D'UN CHARGEMENT D'AMPLITUDE CONSTANTE EQUIVALENT, CONDUIT A UNE MEILLEURE PREVISION DE LA DUREE DE VIE POUR LES SPECTRES SANS SURCHARGES

L'étude a porté sur l'acier S355NL employé dans la conception de bâtiments de surface. Si le comportement des fissures longues est assez bien connu, celui des fissures courtes est peu maîtrisé. Des essais à amplitude de contrainte constante ont tout d'abord été entrepris pour caractériser le comportement des fissures courtes de fatigue. Les rapports de charge R utilisés pour ces essais de fatigue furent 0.1, 0.3, 0.5 et enfin -1. Des essais à amplitude variable (croissante, décroissante et issue d'un spectre de chargement) ont également été réalisés. Les résultats obtenus ont été systématiquement comparés aux courbes de propagation des fissures longues également établies pour ce matériau. Parallèlement à ces travaux, une étude numérique a été menée en utilisant le code éléments finis ABAQUS pour déterminer la répartition des contraintes, le coefficient de concentration de contrainte et le facteur d'intensité de contraintes. Ces derniers ont été établis pour différentes configurations d'éprouvettes et de fissures dans les cas élastiques et élastoplastiques.

LE SUJET TRAITE CONSISTE D'UNE PART A DEGAGER UN OUTIL PERMETTANT UNE DESCRIPTION RAISONNABLE DE LA LOI DE PROPAGATION ET DU SEUL DU NON PROPAGATION, D'UNE PART A PRENDRE EN COMPTE LE CHARGEMENTS D'AMPLITUDE VARIABLE POUR LA PREDICTION DE LA PROPAGATION. LA PREMIERE PARTIE CONCERNE L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES DE FATIGUE: RAPPORT R, ENVIRONNEMENT, LONGUEUR DE LA FISSURE ET LEUR INFLUENCE SUR LA FERMETURE DES FISSURES. NOUS AVONS MONTRE QU'EN REGLE GENERALE LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE DE L'OUVERTURE, U, QUI PERMET DE CALCULER LA FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE EFFICACE ET LA VALEUR DU SEUIL. LA DEUXIEME PARTIE TRAITE DE LA PROPAGATION SOUS CHARGEMENT 'AMPLITUDE VARIABLE. UNE ETUDE PARAMETRIQUE A PERMIS DE DETALLER L'INFLUENCE DE LA LARGEUR DE BANDE DU SPECTRE ET DES METHODES DE COMPTAGE MISES EN UVRE. A L'AIDE DE METHODES DE COMPTAGE APPROPRIEES NOUS AVONS VALIDE L'APPROCHE DITE DU CHARGEMENT EQUIVALENT DEFINI PAR LE MOMENT STATISTIQUE D'ORDRE M DE LA DISTRIBUTION DES AMPLITUDES DE CONTRAINTES, M ETANT LA PENTE DE LA LOI DE PARIS EN AMPLITUDE CONSTANTE, DANS LE CAS D'HISTORIQUES DE CONTRAINTES STATIONNAIRES DE TYPE GAUSSIEN

CE TRAVAIL A ETE CONSACRE A LA COMPREHENSION ET LA MODELISATION A L'ECHELLE MACROSCOPIQUE DES MECANISMES DE FISSURATION SOUS UN CHARGEMENT DE FRETTING FATIGUE STATIQUE (FFS). LES FISSURES SONT SOLLICITEES EN MODE MIXTE SOUS CONDITIONS NON PROPORTIONNELLES (CNP). LES CONCEPTS CLASSIQUES DE LA MECANIQUE ELASTIQUE LINEAIRE DE LA RUPTURE NE PERMETTANT PAS DE CONSIDERER CES DIFFERENTES CONDITIONS, IL ETAIT NECESSAIRE DE PROPOSER UNE NOUVELLE APPROCHE. POUR CELA NOUS AVONS MENE CONJOINTEMENT UNE ETUDE EXPERIMENTALE ET UNE ETUDE THEORIQUE. DEUX CAMPAGNES D'ESSAIS COMPLEMENTAIRES ONT ETE MENEES AFIN D'ETUDIER LA FISSURATION SOUS FFS. LA PREMIERE ETUDE A ETE CONDUITE SUR TROIS ALLIAGES D'ALUMINIUM AERONAUTIQUES. TOUTES LES OBSERVATIONS ONT ETE REALISEES APRES ESSAI DE FACON DESTRUCTIVE. LA REPONSE DES MATERIAUX A ETE ANALYSEE EN TERMES DE DEGRADATIONS. NOUS AVONS ENSUITE DEFINI LES SITES D'AMORCAGE ET LES DIRECTIONS DE PROPAGATION AU COURS DES STADES I ET II. LA SECONDE CAMPAGNE A ETE CONDUITE SUR UN MATERIAU PHOTOELASTIQUE. LA VISUALISATION EN TEMPS REEL DE L'EVOLUTION DES ISOCHROMES LE LONG DES FACES DE FISSURES NOUS INDIQUE LE COMPORTEMENT DES FISSURES. L'AMORCAGE ET LA PROPAGATION DES FISSURES ONT ETE OBSERVES EN TEMPS REEL. L'ETUDE DE L'EVOLUTION DES VITESSES DE PROPAGATION COUPLEE AUX OBSERVATIONS DES FACIES DE FISSURES NOUS A PERMIS DE DEFINIR DIFFERENTES PERIODES DE PROPAGATION. L'OBJECTIF DE L'ETUDE THEORIQUE ETAIT D'IDENTIFIER LES PARAMETRES MACROSCOPIQUES GOUVERNANT LES DIFFERENTES PERIODES DE PROPAGATION SOUS FFS. TOUT D'ABORD, NOUS AVONS ANALYSE LES MECANISMES D'AMORCAGE ET DE PROPAGATION AU COURS DU STADE I. NOTRE APPROCHE S'EST INSCRITE DANS LE CADRE DE LA MMC. ELLE NOUS A PERMIS DE PREVOIR LES SITES D'AMORCAGE PRES ET DANS L'AIRE DE CONTACT AINSI QUE LES PREMIERES DIRECTIONS DE PROPAGATION, SOUS DIFFERENTES CONDITIONS DE FRETTING. NOUS AVONS ENSUITE DEFINI LES CONDITIONS GOUVERNANT LA TRANSITION DU STADE I AU STADE II. ENFIN, NOUS AVONS DETERMINE LES DIRECTIONS ET MODES DE PROPAGATION AU COURS DU STADE II. AFIN DE PRENDRE EN COMPTE LES CNP EN POINTE DE FISSURES, UN CRITERE ADAPTE A NOTRE CHARGEMENT ET AU MATERIAU A ETE SELECTIONNE. POUR COMPLETER CETTE ANALYSE, UNE ETUDE PLUS DETAILLEE DES CHAMPS DE CONTRAINTES EN POINTE DE FISSURE NOUS A PERMIS DE DEFINIR PLUS CLAIREMENT LE MODE DE PROPAGATION DES FISSURES.