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International audience; Des sollicitations multiaxiales sur structures stratifiées composites impactées sont réalisées à l'aide d'un banc d'essais développé à l'Institut Clément Ader (Toulouse). Une modélisation ElémentsFinis ,le « Discrete Ply Model », est utilisée pour simuler le comportement à rupture de ces plaques composites. Les calculs explicites prennent en compte à la fois la sollicitation d'impact et le chargement multiaxial post-impact. Un suivi par caméras optiques et infrarouge est mis en place afin de valider les simulations numériques.

Anodized aluminum alloys are widely used in aircraft construction because of their mechanical properties, corrosion resistance and low density. However, the anodizing process often leads to a reduction in fatigue strength. In addition, the parts are generally subjected to multiaxial fatigue loadings in service. Therefore, it is necessary to study, not only the effect of the anodization, but also to correlate it to the nature of the loading.The objective of the thesis is to identify and characterize the different mechanisms involved in the anodizing effect of the alloy 2618-T851 on the fatigue strength and to determine the impact of the nature of the loading. On the one hand, uniaxial tensile and torsional fatigue tests have been carried out on specimens in the bare state with different surface roughness levels and under different stress ratios. It was found that the surface roughness had no effect whatever the nature of the loading. On the other hand, a non-zero normal mean stress or mean shear stress reduces fatigue life.The tests carried out on pickled, anodized, impregnated and finally sealed specimens showed that, in tension, the reduction in fatigue life is mainly due to the anodic oxidation step. On the other hand, in torsion, the fatigue strength of the alloy is not sensitive to the anodizing process. Then, the material was studied in multiaxial fatigue, tensile-torsion under different stress ratios and different phase angles in the machined and anodized state. We have found that anodizing has a detrimental effect as in the case of pure tension and that the material is not sensitive to phase angle whatever the stress amplitude ratio. The alloy has been studied under multiaxial loadings integrating the internal pressure to analyze the fatigue behavior of the alloy under this type of loading. Surface fracture analysis has shown that, in general, cracks initiated from Al9FeNi intermetallic particles with the presence of a single site for the alloy in the bare state and from the oxide layer with the presence of multi-sites in the case of anodized specimens. For life-time predictions, we have used different critical-plane approaches (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger and Macha) to predict fatigue life under different loading combinations. Finally, a model inspired by the Kluger model has been proposed.; Les alliages d’aluminium anodisés sont largement utilisés dans la construction aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, leur résistance à la corrosion et leur faible densité. Cependant, le processus d’anodisation conduit souvent à une réduction de la résistance en fatigue. De plus, les pièces sont généralement soumises à des sollicitations multiaxiales en service et il apparaît donc nécessaire d’étudier, non seulement l’effet de l’anodisation, mais également de le corréler à la nature du chargement.L’objectif de la thèse est donc d’identifier et de caractériser les différents mécanismes impliqués dans l’effet de l’anodisation de l’alliage 2618-T851 sur sa tenue en fatigue et de déterminer l’impact de la nature du chargement. Dans un premier temps, des essais de fatigue uniaxiale en traction et torsion ont été effectués sur des éprouvettes à l’état brut présentant différentes rugosités de surface et sous différents rapports de contrainte. Il a été constaté que la rugosité de surface n’avait aucun effet quelle que soit la nature du chargement. En revanche, une contrainte moyenne normale ou de cisaillement non nulle réduit la durée de vie en fatigue. Les essais effectués sur les éprouvettes décapées, anodisées, imprégnées et finalement colmatées ont montré qu’en traction, l’abattement de la durée de vie est dû principalement à l’étape d’oxydation anodique. Par contre, en torsion, la tenue en fatigue de l’alliage n’est pas sensible au processus d’anodisation.Ensuite, le matériau a été étudié en fatigue multiaxiale, en traction-torsion sous différents rapports de contrainte et différents angles de déphasage à l’état usiné et anodisé. Nous avons constaté que l’anodisation a un effet néfaste comme dans le cas de la traction pure et que le matériau n’est pas sensible au déphasage quel que soit le rapport d’amplitude de contrainte. L’alliage a été étudié sous chargements multiaxiaux intégrant la pression interne pour analyser le comportement en fatigue de l’alliage sous ce type de chargement. L’analyse des faciès de rupture a montré qu’en général, nous retrouvons un amorçage de fissures à partir de particules intermétalliques Al9FeNi avec la présence d’un site unique pour l’alliage à l’état brut d’usinage et un amorçage à partir de la couche d’oxyde avec la présence de multi-sites dans le cas des éprouvettes anodisées.Concernant les prévisions de la durée de vie, nous avons utilisé différentes approches de type plan critique (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger et Macha) pour prédire les durées de vie sous différentes combinaisons de chargement. Finalement, un modèle inspiré du modèle de Kluger a été proposé.

Rubber-like materials are currently used in machine design for suspension or connection functions, such as pneumatic tyres. The elastomers of interest are reinforced by carbon-black particles. The addition of these particles improves mechanical properties such as stiffness and abrasion resistance. However, it also leads to undesired strong softening of these materials, commonly known as Mullins effect, when first stretched. Elastomers can be submitted to extreme loading conditions according to the applications, generating critical crack propagation.This works studies the impact of softening caused by Mullins effect on crack propagation in filled rubbers submitted to monotonic loading.Some early experimental results point out the difficulties to characterize a crack propagation criterion. A local analysis is developed, allowing to study the highly heterogeneous strain fields witnessed when loading notched specimens. These observations lead to the validation of assumptions, which enable to calculate the strain energy release rate that characterizes the crack propagation. An experimental campaign was then performed to evaluate the impact of various preloads on crack propagation in a carbon-black filled rubber. In order to explain some of the results obtained, the theoretical global energy balance when the crack propagation occurs was revisited in order to take into account the dissipation caused by the Mullins softening. Finally, the experimental measures of local strain were used to complete the energy balance and characterize the localized energy dissipation due to Mullins effect.; Les élastomères sont utilisés dans les systèmes mécaniques pour assumer des tâches de suspension ou de liaison, comme dans le cas des pneumatiques. Les élastomères d’intérêt sont renforcés par des particules de noir de carbone. L’ajout de charges améliore certaines propriétés mécaniques telles que la raideur ou la résistance à l’abrasion, mais induit aussi un fort adoucissement de ces matériaux, dit effet Mullins, lors de l’étirement initial. Certaines applications soumettent des élastomères à des sollicitations extrêmes, pouvant provoquer une fissuration critique.Ce travail étudie l’impact de l’adoucissement par effet Mullins sur la propagation de fissures lors de chargements monotones.Des résultats expérimentaux préliminaires font ressortir des difficultés à caractériser la fissuration dans les matériaux étudiés. Une méthode d’analyse locale est développée, estimant les champs de déformation fortement hétérogènes auxquelles sont soumises les éprouvettes pré-entaillées. Ces observations valident des hypothèses permettant le calcul du taux de restitution d’énergie, qui caractérise la fissuration. Une campagne expérimentale est menée pour évaluer l’impact de précharges variées sur la propagation de fissures dans un élastomère chargé au noir de carbone. Afin d’expliquer certains résultats obtenus, l’équilibre énergétique théorique inhérent à la propagation de fissure est réévalué pour prendre en compte le caractère dissipatif de l’adoucissement. Enfin, les mesures expérimentales de la déformation locale sont ensuite exploitées pour compléter le bilan énergétique, en caractérisant la dissipation énergétique localisée due à l’effet Mullins.

Rubber-like materials are currently used in machine design for suspension or connection functions, such as pneumatic tyres. The elastomers of interest are reinforced by carbon-black particles. The addition of these particles improves mechanical properties such as stiffness and abrasion resistance. However, it also leads to undesired strong softening of these materials, commonly known as Mullins effect, when first stretched. Elastomers can be submitted to extreme loading conditions according to the applications, generating critical crack propagation.This works studies the impact of softening caused by Mullins effect on crack propagation in filled rubbers submitted to monotonic loading.Some early experimental results point out the difficulties to characterize a crack propagation criterion. A local analysis is developed, allowing to study the highly heterogeneous strain fields witnessed when loading notched specimens. These observations lead to the validation of assumptions, which enable to calculate the strain energy release rate that characterizes the crack propagation. An experimental campaign was then performed to evaluate the impact of various preloads on crack propagation in a carbon-black filled rubber. In order to explain some of the results obtained, the theoretical global energy balance when the crack propagation occurs was revisited in order to take into account the dissipation caused by the Mullins softening. Finally, the experimental measures of local strain were used to complete the energy balance and characterize the localized energy dissipation due to Mullins effect.; Les élastomères sont utilisés dans les systèmes mécaniques pour assumer des tâches de suspension ou de liaison, comme dans le cas des pneumatiques. Les élastomères d’intérêt sont renforcés par des particules de noir de carbone. L’ajout de charges améliore certaines propriétés mécaniques telles que la raideur ou la résistance à l’abrasion, mais induit aussi un fort adoucissement de ces matériaux, dit effet Mullins, lors de l’étirement initial. Certaines applications soumettent des élastomères à des sollicitations extrêmes, pouvant provoquer une fissuration critique.Ce travail étudie l’impact de l’adoucissement par effet Mullins sur la propagation de fissures lors de chargements monotones.Des résultats expérimentaux préliminaires font ressortir des difficultés à caractériser la fissuration dans les matériaux étudiés. Une méthode d’analyse locale est développée, estimant les champs de déformation fortement hétérogènes auxquelles sont soumises les éprouvettes pré-entaillées. Ces observations valident des hypothèses permettant le calcul du taux de restitution d’énergie, qui caractérise la fissuration. Une campagne expérimentale est menée pour évaluer l’impact de précharges variées sur la propagation de fissures dans un élastomère chargé au noir de carbone. Afin d’expliquer certains résultats obtenus, l’équilibre énergétique théorique inhérent à la propagation de fissure est réévalué pour prendre en compte le caractère dissipatif de l’adoucissement. Enfin, les mesures expérimentales de la déformation locale sont ensuite exploitées pour compléter le bilan énergétique, en caractérisant la dissipation énergétique localisée due à l’effet Mullins.

A new practical engineering methodology for the analysis of structures under cyclic loading is proposed in this work . A new anisotropic fatigue damage model is developed. The evolution of material properties degradation depends on a failure criterion and its gradient. The anisotropic material degradation will guide the damage propagation. The propagation of damage is mainly depending on the ridges of the criterion’s « surface » (zero gradients). The proposed approach can describe the initiation and propagation of the damage until the structural failure under fatigue loading. For each finite element, non-homogeneous anisotropic distributions of material properties are associated. Schematically, it seems like a material « surfing » on the criterion’s « surface » and damages follow the crest of the criterion’s « surface » (level and gradient). A global approach criterion, based on invariants of the stress tensor, is adopted. The reduction of material properties is assigned to a number of cycles and a global level of stresses, using an experimental Wöhler curve. Two simplified forms of the model are proposed and results are compared with a cruciform experimental reference example and an industrial case. A mapping with Dang Van criterion is also computed to analyze the numerical results., Cette thèse traite d’une approche pragmatique de l'endommagement par fatigue des structures sous un chargement cyclique. Un modèle anisotrope de dommage par fatigue a été développé. L'évolution de la dégradation des propriétés du matériau dépend d’un critère de fatigue (choisi) et de ses gradients. La dégradation du matériau anisotrope guidera la propagation des dommages. La propagation des dommages dépend principalement des crêtes de la «surface» du critère (gradients zéro). L'approche proposée décrit l'amorçage, la propagation des dommages et la rupture structurale sous un chargement multiaxial en fatigue. Pour chaque élément fini, des distributions anisotropes non homogènes des propriétés du matériau sont associées. Schématiquement, il apparaît comme un «surfer» matériel sur la «surface» du critère et les dommages suivent la crête de la «surface» du critère (niveau et gradient). Un critère d'approche globale, basé sur des invariants du tenseur des contraintes, est adopté. La réduction des propriétés des matériaux est affectée à un certain nombre de cycles et à un niveau global de contraintes, en utilisant une courbe de Wöhler expérimentale. Deux formes simplifiées du modèle sont proposées et les résultats sont comparés avec un exemple de référence expérimental (plaque cruciforme) et un cas industriel (pale d’une éolienne d’EDF). Une cartographie avec le critère de Dang Van est également calculée pour analyser les résultats numériques.

International audience; Prédire l’amorçage de fissures dans un assemblage soumis au phénomène de fretting - fatigue sous chargement d’amplitude variable est complexe. Les essais mis en place pour caractériser l’amorçage de fissures sont réalisés avec des géométries simples et des chargements d’amplitude constante. De plus, une modification de la géométrie entraine un changement de la frontière d’amorçage. Cet article présente une méthode non locale, indépendante de la géométrie, permettant de définir une énergie dissipée caractéristique de l’amorçage de fissure.

This work treats the influence of the microstructural heterogeneities on the multiaxial high cycle fatigue (HCF) strength of cast aluminium alloys used in an automobile context. The characteristic microstructural heterogeneities present in this family of materials are the aluminium matrix (often characterised by the SDAS and/or the DAS and the precipitation hardening level), inclusions (silicon particles and intermetallics) and casting defects (oxide films and casting porosity).In order to clearly decouple these effects, three cast Al-Si alloys, obtained thank to different casting processes (gravity die casting and lost foam die casting) and associated with several heat treatments (T7 and Hot isostatic pressing-HIP), have been investigated. The HIP treatment is used in order to obtain a porosity free alloy. A vast experimental HCF campaign, including four loading modes (uniaxial (R=-1), torsion (R=-1), combined tension-torsion (R=-1) and equibiaxial tension (R=0.1)) has been undertaken. The following effects on the HCF behaviour have been characterised for the porosity free alloy as well as porosity containing alloys: (a) the effect of the multiaxiality (for the loading modes at R=-1), (b) the effect of the mean stress and (c) the effect of the biaxality (for equibiaxial tensile loads at R=0.1). The fatigue damage mechanisms have been studied in order to highlight the roles of the casting pores, the aluminium matrix and the inclusions on the fatigue damage mechanisms.Two analytical fatigue models are proposed. The first one concerns the effect of the loaded volume on the uniaxial fatigue strength of the porosity containing alloys using an approach to predict of the maximum pore size in a given volume. The second model, based on a probabilistic approach, takes into account the competition between the different observed damage mechanisms and leads to a Kitagawa-Takahashi type diagrams for different loading modes. It is shown that these analytical models result in good predictions for the three materials investigated and the four loading modes.A numerical study, presented in the last section, is related to the 3D finite element analysis of real pores. Real pore geometries are obtained thank to micro-tomography observations. The principal aim of this study is to evaluate the possibility of predicting the fatigue strength at the macroscopic scale thanks to the local mechanical behaviour around critical pores.; Ces travaux de thèse concernent l’effet des hétérogénéités microstructurales sur la tenue en fatigue multiaxiale à grand nombre de cycles (FGNC) d’alliages d’Al-Si de fonderie utilisés dans un contexte automobile. Les hétérogénéités microstructurales caractéristiques de cette famille de matériau sont la matrice d’aluminium (souvent caractérisée à l’aide la DAS et/ou la SDAS et du niveau de durcissement par précipitation), les inclusions (particules de silicium, intermétalliques) et les défauts de fonderie (films d’oxyde et surtout porosités).Afin de découpler clairement ces effets, trois nuances d’alliages d’aluminium de fonderie obtenues à l’aide de différents procédés (coulée en coquille, coulée par procédé à moule perdu) et associées à plusieurs traitements thermiques (T7, Compression isostatique à chaud (CIC)) ont été étudiées. Le traitement CIC a en particulier été employé afin d’obtenir une microstructure exempte de pore. Une vaste campagne d’essais en FGNC a été conduite pour quatre modes de chargement : uniaxial (R=-1), torsion (R=-1), traction-torsion combinées (R=-1) et traction équibiaxiale (R=0.1). Les effets sur le comportement en FGNC ont été identifiés pour les matériaux avec et sans pores : effet de la multiaxialité pour les chargements à R=-1, effet de la contrainte moyenne et effet de la biaxialité en traction biaxiale à R=0.1. Une attention particulière a été portée à la caractérisation des mécanismes d’endommagement dans l’objectif de mettre en évidence le role des pores, de la matrice d’aluminium, des inclusions dans les mécanismes d’endommagement, et ceci pour les différentes modes de chargement.Deux approches analytiques ont ensuite été proposées. La première concerne la modélisation de l’effet de volume sollicité sur la tenue en fatigue sous chargement uniaxial en présence de pore en se basant sur une approche de prédiction de la taille maximale de pore dans un volume donné. La seconde, basée sur une approche probabiliste, est dédiée à la simulation du diagramme de Kitagawa-Takahashi pour différents modes de chargement. Ces deux approches conduisent à des résultats en accord avec l’expérience, ceci pour les différents matériaux et conditions étudiées.La dernière partie propose une analyse 3D par éléments finis de l’effet des pores sur la résistance en fatigue. L’analyse repose sur l’utilisation de la géométrie réelle des pores, obtenue à l’aide d’observations en micro-tomographie RX 3D. Ce travail a pour but d’évaluer la possibilité de prédire la limite de fatigue à l’échelle macrosopique à partir de la réponse mécanique "locale" au voisinage des pores critiques.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Pour mieux caractériser et dimensionner les matériaux métalliques pour disques Snecma développe des modèles de comportement, des lois d'endommagement et des critères de rupture et de fatigue mieux adaptés aux sollicitations multiaxiales que rencontrent les pièces en service. Suivant cette démarche une étude a été lancé ayant comme but le développement d'un modèle de plasticité adapté au comportement de l'Inco718DA, un alliage utilisé largement dans la fabrication des disques de turbines, et de le valider sous conditions multiaxiales proches du domaine de fonctionnement du moteur. Ce travail se focalise sur le développement des essais de comportement cycliques faits sur des éprouvettes cruciformes en utilisant la Corrélation d'Images Numériques pour piloter la machine.

The need to predict the mechanical behavior of reinforced concrete industrial structures and assess their level of damage in extreme conditions under the action of dynamic loads requires the use of numerical simulations and develop reliable and robust material models. In this thesis, the model of induced anisotropic damage using a tensor variable of order 2 is extended to the case of low-level confined loads using a new modular criterion written with stresses. Through the mechanism of visco-damage, the model treats the entire solicitation rate range considered for reinforced concrete structures. The cyclic behavior with reclosing of cracks is taken into account and the damage can reach 1 exactly in one or more directions due to a new rupture management. The calculation of a tie-beam showed that this procedure is necessary to plasticize steel and prevent widespread damage concrete. During the experimental part of the thesis, characterization tests for concrete and pullout tests were conducted in cooperation with the Civil Engineering Department at ENS Cachan, followed by impact tests on beams on the Orion drop tower of DYN CEA Saclay laboratory. With a pragmatic consideration of steel-concrete interface, the comparison of calculations and tests showed that it was necessary to have a model of steel-concrete connection to avoid excessive concrete damage in the vicinity of reinforcements, as well as to reduce computing time, improve the regularization method, and take into account permanent deformations.; Le besoin de prédire le comportement mécanique des structures industrielles en béton armé et d’évaluer leur niveau d’endommagement en conditions extrêmes sous l’action de chargements dynamiques violents nécessite de faire appel à la simulation numérique utilisant des modèles de matériaux fiables et robustes. Dans cette thèse, le modèle d’endommagement anisotrope induit utilisant une variable tensorielle d’ordre 2 est étendu aux cas de chargements peu confinés à l’aide d’un nouveau critère modulaire formulé en contraintes. Grâce au mécanisme de visco-endommagement, le modèle traite toute la gamme de vitesses de sollicitation envisagée pour des structures en béton armé. Le comportement cyclique avec refermeture des fissures est pris en compte et l’endommagement peut atteindre 1 exactement dans une ou plusieurs directions grâce à une nouvelle gestion de la rupture. Le calcul d’un tirant a montré que cette procédure est indispensable pour plastifier l’acier et éviter un endommagement généralisé du béton. Lors du volet expérimental de la thèse, des essais de caractérisation du béton et des essais d’arrachement ont été réalisés en coopération avec le Département Génie Civil de l’ENS Cachan, suivis des essais d’impact sur poutres sur la tour de chute Orion au laboratoire DYN du CEA à Saclay. Avec une prise en compte pragmatique de l'interface acier-béton, la comparaison des calculs et des essais a montré qu'il était nécessaire de disposer d’un modèle de liaison acier-béton pour éviter un endommagement trop important du béton au voisinage des armatures, de réduire les temps de calcul, d’améliorer la méthode de régularisation et de prendre en compte les déformations permanentes.

The need to predict the mechanical behavior of reinforced concrete industrial structures and assess their level of damage in extreme conditions under the action of dynamic loads requires the use of numerical simulations and develop reliable and robust material models. In this thesis, the model of induced anisotropic damage using a tensor variable of order 2 is extended to the case of low-level confined loads using a new modular criterion written with stresses. Through the mechanism of visco-damage, the model treats the entire solicitation rate range considered for reinforced concrete structures. The cyclic behavior with reclosing of cracks is taken into account and the damage can reach 1 exactly in one or more directions due to a new rupture management. The calculation of a tie-beam showed that this procedure is necessary to plasticize steel and prevent widespread damage concrete. During the experimental part of the thesis, characterization tests for concrete and pullout tests were conducted in cooperation with the Civil Engineering Department at ENS Cachan, followed by impact tests on beams on the Orion drop tower of DYN CEA Saclay laboratory. With a pragmatic consideration of steel-concrete interface, the comparison of calculations and tests showed that it was necessary to have a model of steel-concrete connection to avoid excessive concrete damage in the vicinity of reinforcements, as well as to reduce computing time, improve the regularization method, and take into account permanent deformations.; Le besoin de prédire le comportement mécanique des structures industrielles en béton armé et d’évaluer leur niveau d’endommagement en conditions extrêmes sous l’action de chargements dynamiques violents nécessite de faire appel à la simulation numérique utilisant des modèles de matériaux fiables et robustes. Dans cette thèse, le modèle d’endommagement anisotrope induit utilisant une variable tensorielle d’ordre 2 est étendu aux cas de chargements peu confinés à l’aide d’un nouveau critère modulaire formulé en contraintes. Grâce au mécanisme de visco-endommagement, le modèle traite toute la gamme de vitesses de sollicitation envisagée pour des structures en béton armé. Le comportement cyclique avec refermeture des fissures est pris en compte et l’endommagement peut atteindre 1 exactement dans une ou plusieurs directions grâce à une nouvelle gestion de la rupture. Le calcul d’un tirant a montré que cette procédure est indispensable pour plastifier l’acier et éviter un endommagement généralisé du béton. Lors du volet expérimental de la thèse, des essais de caractérisation du béton et des essais d’arrachement ont été réalisés en coopération avec le Département Génie Civil de l’ENS Cachan, suivis des essais d’impact sur poutres sur la tour de chute Orion au laboratoire DYN du CEA à Saclay. Avec une prise en compte pragmatique de l'interface acier-béton, la comparaison des calculs et des essais a montré qu'il était nécessaire de disposer d’un modèle de liaison acier-béton pour éviter un endommagement trop important du béton au voisinage des armatures, de réduire les temps de calcul, d’améliorer la méthode de régularisation et de prendre en compte les déformations permanentes.

This work treats the effect of high hydrostatic stress on the high cycle fatigue resistance of metallic materials. The aim is to understand the effect of the mean stress (and more specifically very high mean stresses or load ratios), as well as the effect of a biaxial stress state (where biaxial implies two normal stresses). A vast experimental campaign was undertaken in which high cycle fatigue tests were performed on two materials, a cast aluminum alloy AlSi7Cu05Mg03 and a wrought aluminum 2024-O. The effect of the mean stress and the biaxiality on the fatigue behavior is investigated. Fatigue damage mechanisms are particularly studied. A literature review of different criteria found in the scientific literature is undertaken, with the aim of evaluating the capability of these different models to predict the effect of the mean stress and the biaxiality. A fatigue criterion for predicting the specific behavior of the cast aluminum alloy is proposed. Based on a probabilistic approach, this criterion takes into account the competition between the different damage mechanisms observed. It appears to efficiently predict the fatigue behavior for the two loading types studied. Observations conducted on different metal alloys, show that for very high load ratios, material damage created in the first ¼ cycle can modify the conditions under which fatigue cracks initiate. Consequently, a second fatigue criterion based on coupled plasticity and damage at the mesoscopic scale is put forward. It is shown that this approach is capable of reproducing the major experimental trends and in particular those relative to biaxial loading conditions.; Ces travaux de thèse traitent des effets des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux métalliques. Il s'agit d'étudier, d'une part, l'effet de la contrainte moyenne (et plus particulièrement des fortes contraintes moyennes ou forts rapports de charge) et, d'autre part, l'effet de la biaxialité. Dans une première partie, une campagne d'essais importante est réalisée sur deux matériaux, un alliage d'aluminium de fonderie AlSi7Cu05Mg03 et un alliage d'aluminium corroyé 2024-O. L'effet de la contrainte moyenne et de la biaxialité (dans le cas de chargement de traction biaxiale) sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) des matériaux est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement. Une étude des modélisations existantes dans la littérature est réalisée visant à donner un aperçu sur leurs capacités à prendre en compte les effets des fortes contraintes hydrostatiques. Une modélisation adéquate est ensuite proposée pour le cas particulier de l'alliage d'aluminium de fonderie étudié. Basé sur une approche probabiliste, elle permet de refléter la compétition entre les différents mécanismes d'endommagement locaux observés et de rendre compte efficacement des effets de moyenne et de biaxialité. Les observations conduites sur différents alliages métalliques ont également montré, pour les plus forts rapports de charge, qu'un endommagement généré lors du premier quart de cycle pouvait modifier les conditions d'apparition d'une fissure. Un critère de fatigue basé sur un couplage plasticité-endommagement à l'échelle mésoscopique est alors mis en place. Il rend compte des principales tendances expérimentales notamment celles relatives au chargement de traction biaxiale.

The phenomenon of failure by fatigue can apparaitre at levels of stress remote from the threshold of static dimensinnaly of mechanics of the continuous medium, simply because the damage follows a complex and longterm process. Have successful tools of forecast of life expectancy in fatigue is thus a necessity of conception forthe dimensionnly of machines, components, structures, by natures subjected to requests time-varying, connected to their use in service. To contribute to this objective we became attached to a conception concerning tools most frequently used for these forecasts in fatigue: The multiaxial criteria of fatigue and the laws of damage and of cumul in fatigue. The first part of the made work consisted of a study of validity and analysis of new multiaxial criteria of fatigue proposed since around ten years. This validity is compared towards that of the criteria implanted in the industry. The integral approach the principle of which is the establishment of the character damaging of a multiaxial cycle by the contribution of the sollicitation on all the physical plans and not the only one as the case of the approach " critical plan", is the most effective as a general rule to translate correctly the behavior into fatigue under multiaxial load. The integration of a proposed probability approach allows to associate the probability of survival with the results of calculation of a criterion. The second part of this thesis led to propose new differential models of damage allowing to find, in the case of a load of constant amplitude, the classic formalism of the curves S-N of materials (Wöhler, Basquin, Bastenaire and Stromeyer). The influence of the order of appearance of cycles of stress, the mean values, the not linear evolution of the damage by fatigue are so taken into account. The problem of sensibility of the model and thus its forecasts of life in fatigue uniaxiale of variable amplitude, as it is met in the model of Chaboche, is so pushed aside. The confrontation of the model proposed for the curves S-N of Basquin and Bastenaire is promising in term of forecast of the life. A comparative study with regard to the law of Miner, taken as reference, with those proposed and of Mesmacque and Amrouche with datum of the decisive results for the laws with not linear evolution., Le phénomène de défaillance par fatigue peut apparaitre à des niveaux de contraintes éloignés du seuil de dimensionnement statique de mécanique des milieux continus, tout simplement du fait que l’endommagement suit un processus complexe et de longue haleine. Disposer d’outils performants de prévision de durée de vie en fatigue est donc une nécessité de conception pour le dimensionnement des machines, composants, structures, par natures soumises à des sollicitations variables dans le temps, liée à leur utilisation en service. Pour contribuer à cet objectif nous nous sommes attachés à une conception concernant les outils les plus fréquemment utilisés pour ces prévisions en fatigue : les critères multiaxiaux de fatigue et les lois d’endommagement et de cumul en fatigue. La première partie du travail effectué a consisté en une étude de validité et d’analyse de nouveaux critères de fatigue multiaxiaux proposés depuis une dizaine d’années. Cette validité est comparée vis-à-vis de celle des critères implantés dans l’industrie. L’approche intégrale dont le principe est l’établissement du caractère endommageant d’un cycle multiaxial par la contribution des sollicitations présentes sur tous les plans physiques et non un seul comme le cas de l’approche « plan critique », est la plus efficace en règle générale pour traduire correctement le comportement en fatigue sous chargement multiaxial. L’intégration d’une démarche probabiliste proposée permet d’associer la probabilité de survie aux résultats de calcul d’un critère. La seconde partie de cette thèse a conduit à proposer de nouveaux modèles différentiels d’endommagement permettant de retrouver, dans le cas d’un chargement d’amplitude constante, le formalisme classique des courbes S-N des matériaux (Wöhler, Basquin, Bastenaire et Stromeyer). L’influence de l’ordre d’apparition des cycles de contraintes, les valeurs moyennes, l’évolution non linéaire du dommage par fatigue sont ainsi prises en compte. Le problème de sensibilité du modèle et donc ses prévisions de durée de vie en fatigue uniaxiale d’amplitude variable, comme cela est rencontré dans le modèle de Chaboche, est ainsi écarté. La confrontation du modèle proposé pour les courbes S-N de Basquin et Bastenaire est prometteuse en terme de prévision de duré de vie. Une étude comparative par rapport à la loi de Miner, prise comme référence, avec celles proposée et de Mesmacque & Amrouche à donnée des résultats concluants pour les lois à évolution non linéaire.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La pseudoélasticité est l'une des propriétés des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) les plus utilisées. Récemment, un modèle macroscopique isotrope a été proposé par Bouvet et al. (2004) permettant de modéliser la pseudoélasticité des AMF sous chargements multiaxiaux complexes. Dans ce modèle, une hypothèse est faite concernant l'existence d'une relation linéaire entre la déformation équivalente de transformation et la fraction volumique de martensite. L'objectif est ici de montrer la validité de cette hypothèse dans le cas des chargements multiaxiaux proportionnels et non proportionnels. Comme l'AMF utilisé s'est révélé anisotrope, une extension de la définition de la contrainte équivalente et de la déformation de transformation équivalente ont été proposées pour les AMF anisotropes. Des essais de tractiontorsion sur un AMF de type Cu-Al-Be, sous chargement proportionnels et non proportionnels, permettent de vérifier la relation entre la fraction volumique de martensite et la déformation de transformation équivalente.

The automotive industry must ensure the service life of numerous rubber components used for anti vibratory purposes. This work aims at proposing a method to predict the fatigue life of a carbon-black reinforced natural rubber structure. The approach proposed here consists in uncoupling the evolution of the mechanics behaviour and damage under cyclic loading. We make the assumption that the behaviour tends to stabilize and that the lifetime, defined as the initiation of a crack, depends only on the mechanical variables in the stabilized state. Upon cyclic loading, elastomers experience a stress-softening phenomenon known as the Mullins' effect. This phenomenon occurs mostly during the first few cycles, after which the response of the material remains unchanged by additional reloading. We propose a model to represent this stabilized state, supposed to depend only on some cyclic variables. The parameters are the maximum stretches reached in a finite number of material directions, in order to describe the anisotropy induced by the Mullins' effect. This model is used to analyse a large number of uniaxial and multixial fatigue tests realised with cylindrical dumbbell specimens. We show its ability to take into account the type of control (force or displacement) and the influence of an initial overload. The analysis of the multiaxial data indicates that the maximum principal stress is well correlated with lifetime for all types of solicitations, excepting those which involve multi-plane cumulative damage. A cumulative damage law is proposed to account for these types of loading.; L'industrie automobile utilise de nombreuses pièces en caoutchouc aux fonctions antivibratoires, dont il faut garantir la tenue en service. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthode pour prévoir la durée de vie en fatigue d'une structure en caoutchouc naturel chargé au noir de carbone. La démarche proposée consiste à découpler l'évolution du comportement mécanique et l'endommagement sous chargement cyclique. On suppose qu'il existe un cycle stabilisé et que la durée de vie, définie comme l'amorçage d'une fissure détectable, ne dépend que des grandeurs mécaniques évaluées sur celui-ci. Les élastomères soumis à un chargement cyclique présentent un adoucissement associé à l'effet Mullins, qui se produit surtout pendant les premiers cycles, après lesquels la réponse du matériau reste identique. On propose un modèle capable de décrire cette réponse stabilisée, ne dépendant que des variables mécaniques en régime établi. Ses paramètres sont les élongations maximales dans un nombre fini de directions matérielles, de façon à décrire l'anisotropie induite par l'effet Mullins. Ce modèle est ensuite utilisé pour analyser un grand nombre d'essais d'endurance uniaxiaux et multiaxiaux, réalisés sur éprouvettes axisymétriques. On montre qu'il permet de prendre en compte efficacement l'influence du type de contrôle ou d'une précharge. L'analyse des essais multiaxiaux ne mettant pas en jeu de renforcement, c'est-à-dire passant par l'état de déformation nul, montre que la contrainte principale maximale est suffisante pour représenter tous les cas de chargement, à l'exception de ceux qui font intervenir des phénomènes de cumul multi-plans. On propose alors une loi de cumul d'endommagement pour représenter ce type de chargement.

Not available, aL'étude est basée sur le comportement en fatigue oligocyclique multiaxiale du magnésium GA3Z1. Les essais ont été menés en traction-compression, en torsion alternée et en traction-torsion en phase. La réponse du matériau à la sollicitation mécanique a montré des différences importantes. En traction compression, les boucles d'hystérésis sont dissymétriques et la loi d'endurance plastique présente un changement de pente. Les analyses en microscopie optique et en texture ont montrées que ces phénomènes sont dus à la contribution du maclage sur la déformation plastique ; le maclage n'étant favorable qu'en compression. L’interaction glissement-maclage est par ailleurs à l'origine d'une contrainte moyenne de traction durant le cyclage. Ces effets n'ont pas été observés dans les autres types de chargement. Du point de vue quantitatif, l'application des modèles multiaxiaux ne permet pas d'obtenir une bonne corrélation des données expérimentales. L'utilisation de nouveaux paramètres caractéristiques de l'endommagement est ainsi proposée