Estimation de la durée de vie en fatigue d’assemblages soudés pour applications navales^*

Fatigue life estimation of welded joints dedicated to shipbuilding applications

¹ Laboratoire Brestois de Mécanique et des Systèmes, Brest, France
² DCNS, DCSE/AS, Lorient, France

Reçu : 20 Janvier 2010

Résumé

Dans le domaine de la construction navale, le soudage est l’un des procédés les plus largement utilisés dans la réalisation d’éléments structuraux. Les discontinuités géométriques, qui existent au niveau des cordons de soudure, entraînent l’apparition de zones de concentration de contrainte. En service, une telle structure subit des chargements cycliques complexes et variables. Ainsi, ces zones de concentration de contrainte sont souvent le siège d’un endommagement par fatigue. Lors d’une précédente étude [1], une méthode de prévision de la durée de vie en fatigue, appliquée à des tôles soudées bout-à-bout, a été développée et une bonne corrélation entre les résultats expérimentaux et numériques a été observée. Le travail en cours porte sur l’extension de la démarche aux joints cruciformes et à des panneaux raidis représentatifs d’applications industrielles. La méthode de calcul de la durée de vie se scinde en deux étapes. Dans un premier temps, un calcul de structure est réalisé afin de déterminer le comportement cyclique de l’assemblage. Dans le cas d’une adaptation élastique, un post-traitement des résultats est proposé pour prédire l’amorçage d’une fissure de fatigue. L’ensemble de la méthode nécessite la connaissance du comportement cyclique et les propriétés à la fatigue des différents métaux en présence (métal de base, zone affectée thermiquement et métal fondu).

Abstract

In shipbuilding, welding is the most commonly used process to assembly structural elements. Geometrical discontinuities, induced by the process near the weld toe, generate local stress concentrations. Such structures are submitted to variable and complex cyclic loading, thus, these stress concentration areas are subjected to fatigue damage. In a previous study [1], a strategy has been developed to estimate fatigue life of welded assemblies and was applied to butt-welded joints. Good correlations were observed between experimental and numerical results. The present work deals with the extension of this methodology to cruciform joints and stiffened panels representative of industrial applications. The fatigue life estimation can be split into two stages. First, a finite element analysis is performed to determine the cyclic behavior of the welded assembly. Second, in case of elastic shakedown, a post-treatment is applied to these numerical results in order to estimate fatigue crack initiation. This methodology needs an accurate knowledge of cyclic behavior and fatigue properties of the constitutive welded materials (base metal, heat affected zone and melt metal).