Calcul de structure de Tenue en fatigue

Démarche d'analyse et de post traitement

Sous l'action de charges répétées, la rupture d'un matériau peut se produire sous des contraintes inférieures à la résistance élastique Re : c'est la rupture en fatigue.

La résistance en fatigue d’une pièce ou d’une structure est sa réponse aux sollicitations qui lui sont appliquées dans le temps.

La limite de fatigue correspond à la plus grande amplitude de contrainte pour laquelle il n’est pas observé de rupture après un nombre infini de cycles (10⁷ pour les aciers).

La limite d’endurance est l’amplitude de contrainte pour laquelle il est constaté 50 % de rupture après un nombre fini N de cycles (10⁷ pour les aciers). Elle est noté σD (N).

Les courbes permettant de retrouver ces valeurs en fonction des nuances d'aciers sont appelées courbes de Wöhler.
Cliquer sur le lien : courbes de Wöhler.
Une courbe de Wöhler comprend 3 domaines :

1. le domaine de la fatigue olygocyclique : les ruptures interviennent après un nombre de cycles N_R ≤ 10⁵ et sont précédées d'une déformation plastique globale notable.
2. le domaine d'endurance limitée avec N_R ≥ 10⁵ cycles où les ruptures surviennent systématiquement après un nombre limité de cycles croissant avec la décroissance de la contrainte.
3. le domaine d'endurance illimitée : pas de rupture avant un nombre de cycles supérieur à la durée de vie envisagée de la pièce.     
          

MECASTYLE réalise, à partir de ses calculs de structure, des post traitements spécifiques adaptés aux différents types de sollicitations. En effet, les critères isotropes de Von Mises et Tresca ne doivent pas être utilisés pour post-traiter une architecture avec cordons de soudure afin de réaliser l'estimation de sa durée de vie.

Pour juguler un risque de tenue statique : modifier la nature et/ou les caractéristiques matière et/ou l'architecture.
Pour juguler un risque de tenue en fatigue sur structure acier et soudures : il est inutile de choisir une nuance d'acier dont les caractéristiques sont supérieures car le comportement des aciers de construction (de S235 à S700) est identique pour les fortes censures  (10⁷ cycles) ; il faut alors modifier l'inertie de la structure.

Vous découvrirez dans notre site les nombreux exemples d'architectures évaluées en fatigues, du clip de stylo à la structure de sous-marin nucléaire...

Calcul de structure de l’armature de limitation de support moteur soumise à un effort de 6000 N :

Définition d’un cycle : Sollicitation 1 + Sollicitation 2 (efforts appliqués visibles en rouge)

Objectif de tenue : 500 000 cycles sous +/-6 000 N.

D’après le post-traitement Mécastyle :

• Tenue de 600 000 cycles de la structure (pleine matière) : respect du CdC
• Tenue de 170 000 cycles de la soudure la plus chargée : non-respect du CdC

L'atteinte de l'objectif de tenue en fatigue a donc consisté dans l’optimisation de l’architecture.

Ces objectifs de tenue en fatigue s'entendent bien entendu avec des matériaux sans défauts (inclusion, fissure, ...) et avec un process d'assemblage réalisé dans les règles de l'art, notamment soudures sans discontinuités ou défauts de compacité ni fissures.
À noter que la présence de fissures peut être contrôlée par la méthode de ressuage : cliquez sur le lien.