Brevet FR2944600A1 — publié le 20101022

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des essais de fatigue et elle concerne plus particulièrement un procédé d'élaboration d'une éprouvette pour de tels essais permettant de solliciter en fatigue la matière dont elle est faite avec un état de contrainte multiaxiale et un rapport de contrainte différent de l'unité. Art antérieur L'étude des comportements des matériaux en fatigue est un domaine d'activité ancien qui pour des raisons de coût met en oeuvre des machines de fatigue essentiellement de type uni-axiale. Il existe aussi des machines plus complexes mettant en oeuvre des éprouvettes spécifiques permettant de réaliser des essais multiaxiaux. Toutefois, ces machines sont fort peu répandues et très onéreuses. Aussi, il a donc été proposé dans la demande de brevet française N°2914420, un nouveau type d'éprouvette de fatigue permettant au moyen d'une simple machine de fatigue uni-axiale de créer des conditions d'une sollicitation bi-axiale au niveau de cette éprouvette. Malheureusement, de part sa structure figée, cette éprouvette présente l'inconvénient de ne permettre des essais de fatigue que pour un rapport de contrainte oy/ox égale à l'unité. Objet et définition de l'invention L'objet de la présente invention est donc de proposer une solution qui permettre de s'affranchir de ce rapport unitaire et donc de permettre de réaliser des éprouvettes de fatigue dont le rapport de contrainte peut être prédéfini à la demande de son utilisateur. Selon l'invention, il est proposé un procédé d'élaboration d'une éprouvette de fatigue de forme parallélépipédique dont la partie médiane est rétrécie de façon à créer deux bras se croisant au centre géométrique de l'éprouvette et inclinés chacun d'un même angle d'inclinaison nominal, procédé comportant les étapes suivantes : . définition d'une géométrie nominale d'éprouvette et paramétrage de cette géométrie nominale en trois dimensions, . génération d'un maillage par un calcul d'éléments finis à partir de la géométrie définie préalablement, . détermination d'un rapport de biaxialité audit centre géométrique, . tant qu'un rapport de bixaialité souhaité n'est pas atteint, incrémentation dudit angle d'inclinaison et génération d'un nouveau maillage, . une fois ledit rapport de biaxialité souhaité atteint détermination d'une géométrie finale d'éprouvette et d'un angle d'inclinaison final. De préférence, ledit angle d'inclinaison nominal est égal à 30° et ledit angle d'inclinaison final est supérieur à 30° et inférieur ou égal à 45°. Avantageusement, ladite incrémentation est effectuée par pas de 0,05°. L'invention concerne également une éprouvette de fatigue obtenue au moyen du procédé d'élaboration d'éprouvettes précité ainsi qu'un procédé de détermination du comportement d'un matériau à la fatigue selon deux axes de sollicitation, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une telle éprouvette formée dudit matériau à une traction alternée uniaxiale de le sens de sa longueur. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante effectuée à titre indicatif et non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels : 3 la figure 1 montre les différentes étapes du procédé d'élaboration d'éprouvettes de fatigue selon l'invention, et les figures 2A et 2B illustrent deux exemples d'une éprouvette de fatigue obtenue par le procédé d'élaboration de la figure 1. Description d'un mode préférentiel de réalisation L'invention se propose de réaliser une éprouvette de fatigue de forme particulière qui mise en traction uni-axiale sur une machine de fatigue uni-axiale permet d'obtenir un champ de contrainte multiaxial aux propriétés souhaitées par son utilisateur. Plus particulièrement, il est proposé un procédé d'élaboration d'éprouvettes de fatigue qui permet d'obtenir sur ces éprouvettes un rapport de biaxialité R (contrainte minimale/contrainte maximale ou oy/ox) différent de 1. La figure 1 illustre les différentes étapes de ce procédé. La première étape 100 consiste à définir la géométrie nominale de l'éprouvette à réaliser. Celle-ci pourra par exemple être prise conforme à celle de la demande française décrite en préambule de la présente demande, c'est-à-dire en forme de plaquette parallélépipédique avec deux bras symétriques se croisant dans sa partie médiane en son centre géométrique. L'inclinaison initiale ou nominale ao des deux bras de l'éprouvette est égale à 30%, ce qui correspond à un rapport de biaxialité égal à l'unité. Une fois cette géométrie nominale définie, elle fait l'objet dans une étape 102 d'un paramétrage 3D puis dans une étape 104 il lui est appliqué un calcul par éléments finis pour générer un maillage de l'éprouvette préalablement paramétrée. Il est alors procédé dans une étape suivante 104 au calcul du rapport de biaxialité R au centre géométrique de l'éprouvette, c'est-à-dire précisément au croisement de ces deux bras. Dans le cas de l'éprouvette nominale, ce rapport initial est égal à 1. Ensuite, selon le rapport de biaxialité souhaité par l'utilisateur Rvisé (résultat du test 108) et tant que le rapport visé n'est pas atteint, il est procédé dans une étape 110 à l'incrémentation de l'angle d'inclinaison des bras d'un angle Aa (de préférence égal à 0,05°) et il est fait retour à l'étape 104 pour un nouveau calcul par éléments finis sur la base de la nouvelle valeur de l'angle d'inclinaison. Lorsque le rapport visé est enfin atteint (réponse oui au test de l'étape 108), la boucle d'optimisation du calcul par éléments finis est arrêtée et dans une étape finale 112 la géométrie finale de l'éprouvette avec son angle d'inclinaison final afin est alors délivrée. Les figures 2A et 2B montrent deux exemples d'éprouvettes de fatigue obtenues avec le procédé décrit précédemment. Dans le premier exemple, l'angle final obtenu est de 41,25° correspondant à un rapport de biaxialité de 0,5 alors que dans le second exemple l'angle final obtenu est de 37,5° correspondant à un rapport de biaxialité de 0,8. Ainsi, avec le procédé selon l'invention, il est possible, de façon simple, d'obtenir tout rapport de biaxialité différent de l'unité. En pratique, il est possible d'obtenir une éprouvette ayant un angle d'inclinaison final de ses bras supérieur à 30° et inférieur ou égal à 45°. Une fois réalisée dans le matériau à tester, l'éprouvette selon l'invention peut être sollicitée par une traction alternée dans le sens de sa longueur de façon à créer une sollicitation de fatigue bi-axiale sur sa partie médiane, laquelle au bout d'un nombre de cycles à déterminer va entrainer des fissures puis une rupture du matériau nécessaire à la connaissance de son comportement en fatigue. REVENDICATIONS1. Procédé d'élaboration d'une éprouvette de fatigue de forme parallélépipédique dont la partie médiane est rétrécie de façon à créer deux bras se croisant au centre géométrique de l'éprouvette et inclinés chacun d'un même angle d'inclinaison nominal (ao), procédé comportant les étapes suivantes : . définition d'une géométrie nominale d'éprouvette et paramétrage de cette géométrie nominale en trois dimensions, . génération d'un maillage par un calcul d'éléments finis à partir de la géométrie définie préalablement, . détermination d'un rapport de biaxialité (R) audit centre géométrique, . tant qu'un rapport de bixaialité souhaité (RV15é) n'est pas atteint, incrémentation dudit angle d'inclinaison et génération d'un nouveau maillage, . une fois ledit rapport de biaxialité souhaité (Rvisé) atteint détermination d'une géométrie finale d'éprouvette et d'un angle d'inclinaison final (afin). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle d'inclinaison nominal est égal à 30°. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle d'inclinaison final est supérieur à 30° et inférieur ou égal à 45°. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que ladite incrémentation est effectuée par pas de 0,05°. 5. Eprouvette de fatigue obtenue au moyen du procédé d'élaboration d'éprouvettes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.30 6. Procédé de détermination du comportement d'un matériau à la fatigue selon deux axes de sollicitation, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une éprouvette formée dudit matériau selon la revendication 5 à une traction alternée uniaxiale de le sens de sa longueur.