Projet ANR-11-BS09-0012 – FAST 3D : Couplage entre méthodes cycliques directes et mesure de champs dissipatifs locaux : stratégie de détermination rapide des domaines d’endommagement en fretting-fatigue.
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Bruno BERTHEL (Ecole Centrale de Lyon)
Partenaires : Laboratoire de Mécanique des Solides; Laboratoire de Mécanique de Lille; Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes
Montant : 429600.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Les structures sollicitées en fatigue sont généralement soumises à des chargements thermomécaniques variables générant des états multiaxiaux de contraintes à gradients plus ou moins prononcés. La prise en compte des effets des forts gradients sur le comportement et la tenue mécanique est indispensable pour une bonne évaluation de la durée de vie. Dans ce cadre, l’objectif de ce projet est d’utiliser des concepts et des dispositifs originaux pour : (i) mettre en place une méthode rapide de détermination de condition d’amorçage de fissures, fondée sur des concepts et des dispositifs originaux (ii) de proposer des lois de comportement thermomécaniques adaptées à ces sollicitations (iii) de développer des stratégies numériques permettant de diminuer drastiquement les temps de calcul.
La sollicitation de fretting représente probablement le cas introduisant les plus forts gradients dans les structures, c’est pourquoi nous nous focaliserons sur ce type de sollicitation mais les résultats issus de ce projet permettront d’aborder, plus généralement, la problématique des gradients de contraintes en fatigue. La sollicitation de fretting entraîne des endommagements diminuant fortement la durée de vie des systèmes industriels. Tous les secteurs sont concernés : transport, énergie, biomécanique,… Ce phénomène est associé à des micro-déplacements de faible amplitude, inférieure à la dimension du contact. Dans le cas du glissement partiel, une partie de la zone de contact reste collée et l’endommagement se caractérise essentiellement par l’apparition de fissures. Aujourd’hui, le dimensionnement d’un contact passe par la construction des cartes de fretting-fatigue définissant les domaines de non d’amorçage, d’amorçage suivi d’un arrêt de fissuration et de rupture en fonction des paramètres de chargement. Expérimentalement, elles sont obtenues par des méthodes destructives très couteuses en temps, en matériau et qui donnent des résultats dispersés. Nous développerons donc une stratégie expérimentale s’appuyant sur la réponse en dissipation du matériau couplée à une stratégie de modélisation et calcul numérique. Les concepts sous-jacents sont les phénomènes d’adaptation, d’accommodation et de rochet. Actuellement ils sont peu exploités lors de la modélisation et du calcul de structures. De plus, l’obtention des réponses thermomécaniques asymptotiques dans la zone de contact dues aux sollicitations de fretting-fatigue se heurte à deux difficultés : le nombre de cycles de chargement et la finesse de maillage. Les méthodes incrémentales classiques par éléments finis sont alors inopérantes. C’est la raison pour laquelle le fretting est rarement pris en compte en calcul de structure.
Le but de FAST 3D est de mieux comprendre et modéliser l’endommagement sous sollicitation cyclique avec de forts gradients de contrainte. Pour cela, nous nous fixons trois objectifs :
1. Développer une méthode de construction rapide de carte de fretting en s’appuyant sur des dispositifs expérimentaux originaux et deux techniques de mesure de champs quantitatives : la thermographie infrarouge et la corrélation d’images.
2. Proposer des lois de comportement thermomécaniques inélastiques adaptées aux spécificités des sollicitations de fretting identifiées à partir de champs cinématiques et thermiques expérimentaux.
3. Développer des stratégies numériques alternatives compatibles avec le cadre thermomécanique couplé, permettant de diminuer drastiquement les temps de calcul. Dans ce cas, la stratégie de calcul cyclique direct est la plus adaptée moyennant un enrichissement des algorithmes.
Les trois partenaires participant à FAST 3D (LML, LMS et LTDS) apportent des savoir-faire, des moyens expérimentaux et numériques complémentaires pour atteindre ces objectifs. Tous les chercheurs impliqués ont travaillé sur les mécanismes d’amorçage de fissure en fretting et/ou fatigue et la majorité sur une approche thermomécanique basée sur les concepts d’accommodation et d’adaptation.