Résumé.Thèse.2021_POSTEL.Victor

Thèse de Doctorat de Victor POSTEL
Étude de l'initiation et de la croissance de fissure dans le fer Armco en fatigue gigacyclique et lien avec la microstructure et en relation avec la dissipation intrinsèque
soutenue le 13 Décembre 2021

Résumé.  L'endommagement par fatigue est le phénomène de rupture ou de dégradation des performances des matériaux ou des composants soumis à des charges cycliques répétées. C'est l'une des principales causes de défaillance de composants. Selon les statistiques, près de 80 % des ruptures de composants mécaniques sont liées à des dommages dus à la fatigue. Le comportement de l'endommagement par fatigue est lié au temps avec une accumulation de dommages dans le matériau. Même pour les matériaux plastiques, les dommages dus à la fatigue ne sont souvent pas précédés d'une déformation significative. Cela conduit à une difficulté de prévoir les dommages par fatigue.  Cette thèse se concentre sur l’initiation et la propagation de fissures dans du fer Armco, dans des éprouvettes entaillées, durant des essais à très grand nombre de cycles (VHCF). Cette étude a permis de mettre en place une structure pour étudier l’initiation et les fissures courtes durant des essais in-situ. L’analyse cristalline de la surface des échantillons, corrélée au chemin de propagation de la fissure permet de mettre en évidence l’influence de la microstructure sur le chemin de rupture et la vitesse de propagation de la fissure de l'initiation à la fissure longue durant des essais en VHCF. La fissure a tendance à se propager dans les grains dont l’un des plans denses coïncide avec l’orientation de propagation, sinon la fissure se propage dans le joint de grain. L’étude de la surface de rupture des échantillons après cassure finale permet de définir plusieurs zones en lien avec le processus de propagation de la fissure dans du fer Armco. De plus, la méthode énergétique basée sur la dissipation intrinsèque pour caractériser la propagation de la fissure a été développée. La correspondance entre la microplasticité en VHCF et la dissipation intrinsèque est vérifiée. Les perspectives d'application sans contact de l’identification de fissure et de l'évaluation du niveau de sécurité des fissures de fatigue par thermographie infrarouge sont démontrées.
 

Mots clés : Fatigue Crack Growth Rate (FCGR), fer pur, Fatigue à très grand nombre de cycles (Very High Cycle Fatigue), thermographie, dissipation intrinsèque.

 
Study of crack initiation and growth in Armco iron in gigacyclic fatigue correlated to the microstructure and in relation with intrinsic dissipation
defended on December 13, 2021

Abstract.  Fatigue damage is the phenomenon of failure or performance degradation of materials or components subjected to repeated cyclic loading. It is one of the main causes of component failure. According to statistics, nearly 80% of mechanical component failures are related to fatigue damage. Fatigue damage behavior is time related with an accumulation of damage in the material. Even for plastic materials, fatigue damage is often not preceded by significant deformation. This leads to a difficulty in predicting fatigue damage.  This thesis focuses on the initiation and propagation of cracks in Armco iron, in notched specimens, during very high cycle fatigue (VHCF) testing. This study established a framework to study initiation and short cracks during in-situ testing. The crystalline analysis of the surface of the samples, correlated with the crack propagation path, allows to highlight the influence of the microstructure on the fracture path and the crack propagation speed from initiation to long crack during VHCF tests. The crack tends to propagate in grains where one of the close packed planes coincides with the propagation orientation, otherwise the crack propagates in the grain boundary. The study of the fracture surface of samples after final fracture allows to define several zones related to the crack propagation process in Armco iron. In addition, the energetic method based on the intrinsic dissipation to characterize the crack propagation has been developed. The correspondence between microplasticity in VHCF and intrinsic dissipation is verified. The prospects of non-contact application of crack identification and safety level assessment of fatigue cracks by infrared thermography are demonstrated.