Modélisation du cumul de dommage en fatigue multiaxiale polycyclique – Confrontation aux essais pour un acier ferrito-perlitique C35^*

Modelling the damage cumulative effect in multiaxial high cycle fatigue - Confrontation with experiments for a C35 ferrito-pearlitic steel

¹ Total Petrochemicals Research Feluy, Zone Industrielle C, 7181 Feluy, Belgique
e-mail : laurent.flaceliere@free.fr
² LAMPA, Arts et Métiers ParisTech Angers, BP 93525, 2 bd du Ronceray, 49035 Angers Cedex, France

Reçu : 20 Janvier 2010

Résumé

Ce travail est dédié à l’étude de l’endommagement en fatigue polycyclique sous sollicitations multiaxiales de matériaux métalliques, suivant deux objectifs. Le premier est la caractérisation expérimentale de cet endommagement, pour des sollicitations simples (traction et torsion), mais également pour des blocs de sollicitations différentes. Le second objectif est la modélisation des phénomènes observés incluant l’usage de la mécanique de l’endommagement.

Cette modélisation est établie dans un cadre thermodynamique, suivant une description mésoscopique de la plasticité cyclique, avec un couplage fort des variables décrivant le dommage cristallin. La version isotrope présentée ici utilise deux variables distinctes pour décrire l’endommagement du cristal. La première variable permet de considérer les effets de la dégradation du cristal sur ses propriétés plastiques, alors que la seconde est une mesure équivalente de l’usure du cristal. L’évolution relative de ces deux variables dépend en premier lieu de la part hydrostatique du tenseur mésoscopique des contraintes.

Abstract

This work is dedicated to a damage investigation under multiaxial high cycle fatigue conditions submitted to metallic material. The first aim is an experimental characterization of the damage initiation and growth under simple tension and simple torsion loadings. The influence of different block loading sequences is also investigated. The second goal is to model of the observed experimentals effects using continuum damage mechanics.

The modelling is built within a thermodynamic framework and according to a mesoscopic description of cyclic plasticity. A strong coupling between mesoscopic plasticity and damage is also introduced. The isotropic version presented in this paper uses two distinct damage variables to describe the damage of the crystal. The first variable is used to take into account the effects of the plastic properties degradation of the crystal, whereas the second variable plays the role of an accumulated damage. The relative evolution of these two variables depends on the mesoscopic hydrostatic stress introduced along the cyclic loading.