Étude du comportement à la fatigue des assemblages soudés en fonction des effets d’entailles

Fatigue design of welded joints considering the stress field behavior at the weld toe as a V-notch effect

Laboratoire ERMESS, EPF-Écoles d’ingénieurs, 3 bis rue Lakanal, 92330 Sceaux, France et LaMI, Université Blaise Pascal-Clermont-II, Clermont-Ferrand, France
e-mail: naman.recho@epf.fr

Reçu : 6 Mars 2010
Accepté : 18 Octobre 2010

Résumé

La détermination du champ de contraintes au voisinage de la pointe d’entaille est faite classiquement avec le développement de Williams en introduisant les conditions aux limites de la surface libre sur les lèvres de l’entaille. À part dans le cas de fissures réelles, le calcul du facteur d’intensité de contrainte (FIC) est sujet à caution dans ce type d’approches. Dans le présent travail, on utilise une méthode d’équations intégrales pour déterminer le champ de contrainte au voisinage de la pointe d’entaille en V. Également, nous regardons l’influence de la présence de l’entaille sur le comportement à la fissuration d’une fissure émanant de la pointe d’entaille. Une comparaison systématique en termes de (FIC) entre une fissure émanant d’une entaille et une fissure réelle a été établie. Ce travail permet une meilleure compréhension du comportement à la fatigue des assemblages soudés puisqu’ils présentent le même type de singularité géométrique à degrés divers en fonction de l’angle d’entaille et la mixité du mode de chargement. L’étude de l’assemblage en croix soudé permet de donner quelques suggestions pour améliorer le dimensionnement à la fatigue des assemblages soudés en angle. À l’avenir, la prise en compte du degré de singularité dans une loi de propagation de fissure doit modifier la loi de cumul de l’endommagement par fatigue.

Abstract

Used in classical Fracture Mechanics Analysis, the Williams expansion allows determining the stress field close to the notch tip region of a V-notch by introducing the boundary conditions of free surface at the notch faces. Nevertheless, except for a crack, the stress intensity factor (SIF) is meaningless. In this work, a general methodology to study the crack propagation from a V-notch was established under mode-I loading. On the basis of this approach, the fatigue of Welded Joints considering the V-notch effect of the weld toe can be calculated. The stress singularity degree associated with a V-notch has a great influence on the fatigue life of a V-notched structure. The boundary element method (BEM) is used to study the propagation of the crack emanating from a V-notch tip under mode-I fatigue loading. A comparison of the fatigue life between a case of a crack initiated from a V-notch tip and a pure crack is made by a crack propagation law until these two cracks have the same stress intensity factors (SIFs). The effect of initial crack length, notch opening angle and notch depth on the crack propagation is analyzed. As an example, the fatigue life of a welded joint is investigated by the present method. The influence of weld toe angle and initial crack length on the fatigue life of the welded structure is studied. Some suggestions are given as an attempt to improve the fatigue life of the welded structures. In the future, taking into account the singularity degree introduced into the crack propagation law will thoroughly modify the fatigue design.