Fissures de fatigue sous chargement biaxial. Contrôle de la propagation des fissures et évaluation de l’effet de fermeture

Control of fatigue crack propagation and estimation of closing effect under biaxial loading

¹ Département Génie Mécanique, ESST de Tunis (Tunisie)
² Département Génie Physique et Instrumentation, INSAT de Tunis (Tunisie)

Résumé

L’intégrité des composants mécaniques soumis en service à un endommagement par fatigue peut être en grande partie influencée par l’effet du champ des contraintes résiduelles provoqué sous chargement unidirectionnel ou multiaxial. Cette étude traite le comportement de propagation des fissures de fatigue sous chargement biaxial. Le concept de fermeture des fissures induite par plasticité a été introduit à l’origine par Elber [1] qui montre que sous chargement cyclique, la pointe de la fissure peut rester fermée même si l’éprouvette est soumise à la tension en mode I. La contrainte à la fermeture est définie par un net changement de pente sur la courbe charge-déplacement. Dans cette étude, des essais sont conduits sur des éprouvettes de propagation normalisées, de géométrie cruciforme et d’épaisseur 2 mm, et sollicitées sous deux modes de chargement à λ = 0 et à λ = 1 avec λ = σ_x/σ_y . Le matériau utilisé est un alliage d’aluminium mi-dur type 1030. Dans cet article, nous proposons un modèle de prédiction de la propagation des fissures de fatigue sous chargement biaxial. Un nouveau dispositif, adaptable sur machine d’essai servo-hydraulique, est proposé pour la conduite des essais de fatigue sous chargement biaxial.

Abstract

The integrity of mechanical components subjected to fatigue can be strongly influenced by the biaxial loading system, residual stress fields, and several other factors. This paper deals with fatigue crack propagation under biaxial loading. The design and preliminary development of a biaxial fatigue testing facility is described for studying high-cycle low-strain fatigue. The concept of crack closure induced by plasticity, introduced by Elber [1], is important when crack faces remain locked under cyclic loading even though the crack is subjected to loading in mode I. Within this study, tests were conducted on a 2 mm thick standard specimen with a cruciform geometry, and involving two loading modes λ = 0 and λ = 1, where λ is the biaxiality parameter σ_x/σ_y . The material used is the aluminium alloy 1030. A life prediction methodology for fatigue crack propagation under biaxial loading is presented.