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.

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.

Les objectifs de la mécanique de la rupture sont double, d'une part ils concernent la description des champs mécaniques au voisinage de la pointe de la fissure et les énergies qui leur sont associées et d'autre part, ils traitent de l'évaluation de la nocivité d'une fissure en terme de la propagation de celle-ci. Deux champs d'étude constituent la structure de cet ouvrage, l'un relatif à la modélisation de la singularité induite par la pointe d'une fissure qui est relatée dans le premier tome intitulé : Modélisation des champs mécaniques en pointe de fissure et des singularités. Après un premier volume intitulé "Mécanique de la rupture par fissuration", ce deuxième tome traite des critères de propagation et de bifurcation de fissure en milieu élastique et élastoplastique sous des chargements monotones (Rupture fragile) et dynamique (Rupture par Fatigue). Les solutions analytiques obtenues ne peuvent pas être utilisées dans les structures à géométrie et conditions aux limites variées, alors il sera nécessaire de faire appel aux méthodes d'analyse numérique et plus particulièrement à la méthode des éléments finis. Deux chapitres abordent ces applications numériques : l'un, en tome I, relatif à l'introduction au calcul par éléments finis des structures fissurées et l'autre, dans le tome II traitant de la prévision de la rupture par fissuration des éléments de structures métalliques soumises à la fatigue.

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, COUPLANT UNE PARTIE EXPERIMENTALE ET UNE PARTIE NUMERIQUE EST CENTRE SUR L'ETUDE DE LA PROPAGATION DE FISSURES DE FATIGUE DANS LE BETON. LA PARTIE EXPERIMENTALE S'INTERESSE A L'ETUDE DU PROCESSUS DE DEVELOPPEMENT DE FISSURES D'UN POINT DE VUE PHENOMENOLOGIQUE, TANDIS QUE L'ETUDE NUMERIQUE S'ATTACHE A MODELISER LE COMPORTEMENT REEL DES EPROUVETTES EN TENANT COMPTE DES PRINCIPAUX MECANISMES OBSERVES. L'ETUDE EST EFFECTUEE SUR DES EPROUVETTES DE MICRO-BETON, ENCOCHEES ET TESTEES EN MODE I DE RUPTURE PAR FLEXION TROIS POINTS. LES ESSAIS SONT CONDUITS SOUS ATMOSPHERE SATUREE, ET L'OBSERVATION DU PROCESSUS DE PROPAGATION EST REALISEE AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB), MOYENNANT LA TECHNIQUE DE SIMPLE REPLIQUE. LES RESULTATS D'OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES MONTRENT QUE, SOUS CHARGEMENT STATIQUE, L'AMORCE D'UNE FISSURE UNIQUE SE PRODUIT A UN SEUIL D'ENVIRON 60% DU PIC DE CHARGE. LES RESULTATS D'OBSERVATIONS MONTRENT QUE LES MECANISMES DE PROPAGATION DES FISSURES DE FATIGUE, SIMILAIRES EN SURFACE ET AU CUR DES ECHANTILLONS, SE CARACTERISENT ESSENTIELLEMENT PAR DES PHENOMENES DE BRANCHEMENTS. CONTRAIREMENT AUX ESSAIS STATIQUES, LE FRONT DE FISSURE EST PLAT DES LES PREMIERS CYCLES. LES BRANCHEMENTS SE SONT REVELES ETRE LE RESULTAT DE LA FORTE INTERACTION ENTRE LES SURFACES DE FRACTURE. LES LONGUEURS DE FISSURES EVALUEES PAR LA METHODE DE LA COMPLIANCE SONT EN EFFET TRES SOUS ESTIMEES EN COMPARAISON AVEC LES LONGUEURS MESUREES. LA CINETIQUE DE PROPAGATION EST CONFRONTEE AU MODELE DE PARIS. LES RESULTATS MONTRENT QUE LA VALIDITE DE CE MODELE EST ETROITEMENT LIEE AU TAUX DE CHARGE MAXIMAL DES CYCLES. LA MODELISATION NUMERIQUE PROPOSEE PAR ELEMENTS FINIS EST DE TYPE ELASTIQUE AVEC FISSURE COHESIVE, OU UN CRITERE EN CONTRAINTES DETERMINE LE CRITERE DE PROPAGATION. LA LOI DE COMPORTEMENT EN TRACTION INTRODUITE S'APPUIE D'UNE PART SUR LA RESISTANCE EN TRACTION ET L'ENERGIE DE FISSURATION MESUREES, ET D'AUTRE PART SUR LA LOI D'HYSTERESIS DETERMINEE PAR METHODE INVERSE. LE MODELE EST VALIDE SUR LES ESSAIS DE FLEXION STATIQUES ET CYCLIQUES.