Fatigue de l'acier due aux chargements cycliques
Quelques faits sur la fatigue
- Le premier article publié sur la fatigue date de 1837
- La fatigue provoque des dommages irréversibles ; le matériau ne peut pas se rétablir
- L'acier possède une limite de fatigue théorique ; un chargement continu en dessous de cette limite ne conduit pas à une rupture par fatigue
- Les contraintes de traction sont principalement à l'origine de la fatigue, mais même les charges de compression peuvent en être la cause
- Une plage de contrainte plus étendue conduit à une durée de vie plus courte de la structure
- La température, l'état de surface, les contraintes résiduelles et d'autres facteurs influencent la durée de vie en fatigue
Stades de la fatigue
On distingue généralement trois stades :
- Premier stade – Amorçage de fissure
Des microfissures commencent à se former autour de formations géométriques concentrant les contraintes, telles que les arêtes. Lorsque la largeur d'une rupture dépasse 10 μm, on peut parler de fissure.
- Deuxième stade – Propagation des fissures
La progression de la fissure dépend de la plage de chargement cyclique, de la contrainte moyenne, mais aussi des surcharges et des sous-charges. La croissance de la fissure peut même s'arrêter si les charges sont inférieures à un certain seuil.
- Troisième stade – Propagation de la fissure
La propagation des fissures se produit lorsque les microfissures et les contraintes associées atteignent une certaine taille. Lorsque la contrainte dépasse la valeur appelée ténacité à la rupture (une façon quantitative d'exprimer la résistance d'un matériau à la rupture fragile en présence d'une fissure), la rupture incontrôlable se produira.
Comment prévenir la fatigue
La fatigue peut être réduite ou entièrement évitée grâce à des considérations d'ingénierie appropriées. Pour les structures en acier, il existe deux principales façons de prévenir les ruptures par fatigue.
1. maintenir la contrainte en dessous du seuil de la limite de fatigue (concept de durée de vie infinie)
La durée de vie en fatigue Nf est le nombre de cycles de contrainte d'un caractère spécifié qu'une structure supporte avant que la rupture ne survienne. Pour l'acier, il existe une valeur théorique d'amplitude de contrainte en dessous de laquelle le matériau ne se rompra pas quel que soit le nombre de cycles. Cette valeur est appelée limite de fatigue ou limite d'endurance.
Par AndrewDressel sur Wikipedia en anglais, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. réaliser une analyse de fatigue par logiciel sur les projets de structure
L'analyse par logiciel peut révéler les zones où la fatigue pose problème. Elle peut aider à reconcevoir la structure, par exemple en concentrant les contraintes sur des zones préférentielles de la structure, en modifiant les dimensions et les positions des trous, etc.
Notre solution
La première étape de cette tâche étendue a été réalisée dans IDEA StatiCa V21. Consultez cet article, dans lequel l'analyse selon EN 1993-1-9 est décrite.
L'analyse est accessible à côté des autres types sous le ruban supérieur.
Le type d'analyse de fatigue sert à déterminer la plage de contrainte normale et de cisaillement entre deux cas de charge. Les contraintes correspondent aux contraintes nominales et doivent être évaluées ultérieurement à l'aide des méthodes de calcul normatives. Il est supposé être utilisé pour le calcul des détails de fatigue à grand nombre de cycles, pour lesquels aucune plastification n'est attendue.
Le type d'analyse de fatigue ne fournit pas de résistance finale ni de nombre de cycles que le détail peut supporter. Il fournit uniquement des données d'entrée pour des calculs ultérieurs conformément aux normes.
La contrainte nominale peut être calculée pour :
- Boulons – en traction et en cisaillement
- Soudures – générées automatiquement dans une section de plaque à côté de la soudure
- Plaques – dans des sections définies par l'utilisateur
La contrainte nominale est déterminée en soustrayant les contraintes du cas de charge de référence d'un autre cas de charge.
Pour examiner de plus près ce type d'analyse, veuillez consulter notre Centre de support :
Contexte théorique : type d'analyse de fatigue
Analyse de fatigue – Soudures bout à bout de section en I
Ce type d'analyse est disponible pour nos utilisateurs dans l'édition Enhanced .
