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International audience; In the present study, the effects of both the microstructure and defects on the high cycle fatigue behavior of the 316L austenitic stainless steel are investigated thanks to finite element simulations of polycrystalline aggregates. The numerical analysis relies on a metallurgical and mechanical characterization. To complete the experimental study, load-controlled fatigue tests are also carried out to determine the fatigue limits at 2.106 cycles under uniaxial and multiaxial loading conditions using both smooth specimens and specimens containing an artificial hemispherical surface defect. In the finite element models, where the grain morphologies are explicitly modeled, the anisotropic behavior of each crystal is described by the generalized Hooke's law and by a single crystal visco-plastic model. From the simulations carried out with different defect sizes and orientation sets, statistical informations regarding mesoscopic mechanical fields are analyzed. Then, using the FE results, the ability of a probabilistic fatigue criterion to predict the influence of defects and biaxiality on the average fatigue limits is evaluated thanks to a comparison with the experimental data.

Une analyse du comportement en fatigue à grand nombre de cycles est conduite à travers la simulation numérique d'agrégats polycristallins. Plusieurs matériaux métalliques à structure cristalline cubique à face centrée mais de coefficients d'anisotropie élastique différents sont choisis. Plusieurs volumes élémentaires statistiques (VES), constitués d'un ensemble de 300 grains de texture isotrope et de géométrie équiaxe, sont sollicités au niveau de la limite de fatigue médiane macroscopique à 10(7) cycles. Trois modélisations sont étudiées : 2D avec déformation plane généralisée, 3D périodique et 3D avec surface libre. Plusieurs variables mésoscopiques (moyenne dans les grains) issues des simulations sont analysées en utilisant la statistique des valeurs extrêmes. Les résultats montrent un effet néfaste sur la tenue en fatigue des agrégats modélisés avec une surface libre si l'anisotropie élastique cristalline est suffisante., An analysis of high cycle fatigue behavior is done via the numerical simulation of polycrystalline aggregates. Different metallic materials with a FCC crystalline structure, but different cubic elastic coefficients, are investigated. Several statistical elementary volumes (SEV), consisting of 300 grains with isotropic texture and equiaxed geometries, are loaded at the median macroscopic fatigue limit for 10(7) cycles. Three different models are studied: 2D generalized plane strain, 3D periodic and 3D periodic with a free surface. Different mesoscopic variables are analyzed using extreme value statistics. The results show a detrimental effect on the fatigue strength of the modeled aggregates with a free surface, if the crystalline elastic anisotropy is sufficient.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Dans les matériaux métalliques, l’amorçage de fissures en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) est fortement lié à l’activité plastique à l’échelle des grains, elle-même dépendant des orientations et du comportement élasto-plastique anisotrope des cristaux. Dans ce contexte, il semble pertinent d’évaluer les quantités mécaniques à cette échelle et de formuler des critères d’endurance basés sur ces quantités pour prédire au mieux la tenue en FGNC. Comme l’estimation des champs mécaniques locaux à l’aide de lois de localisation est difficile en présence de défauts de taille comparable à la taille moyenne de grain, des simulations par éléments finis d’agrégats polycristallins sont mises en œuvre pour surmonter cette difficulté. L’étude numérique est menée sur plusieurs agrégats lisses et entaillés, composés de 200 grains équiaxes de structure cubique à faces centrées (CFC) dont les orientations cristallines sont choisies de sorte que chaque agrégat ait une texture cristallographique isotrope. Ces microstructures sont soumises à des chargements cycliques dont les amplitudes sont proches des limites de fatigue médiane macroscopique obtenues à partir d’essais expérimentaux. Afin d’étudier, de manière découplée, l’influence de l’anisotropie élastique et plastique sur la réponse mécanique locale, et plus particulièrement sur les cissions et les contraintes normales agissant sur les plans de glissement, trois modèles de comportement sont successivement appliqués aux grains : élasticité isotrope, élasticité cubique et plasticité cristalline avec élasticité cubique. Cette analyse de la réponse cyclique mésoscopique, effectuée pour différentes tailles de défauts, s’accompagne d’une évaluation de la capacité de différents critères de fatigue à prédire l’effet de la taille de défaut sur la tenue en fatigue.

International audience; Les modèles de prévision de la résistance en fatigue faisant appel aux statistiques des valeurs extrêmes rencontrées dans la littérature estiment généralement que la résistance à la fatigue est fonction d'un seul composant de microstructure [1] (par exemple taille des inclusions). Ceci n'est valable que lorsque l'élément de microstructure considéré est un volume élémentaire représentatif (VER). Bien que la définition d'une telle propriété s'avère possible pour certains aspects du comportement comme l'élasticité car le comportement macroscopique est déterministe, il est difficile de parler de la notion de VER pour la résistance en fatigue, à grand nombre de cycles (FGNC), très dispersée macroscopiquement. L'objectif de la communication est de présenter les stratégies de calculs mises en place pour permettre le développement de méthodes de calculs de durées de vie en tenant compte des différents aspects de la microstructure (texture, morphologie des grains, effet de la surface libre,...). Ces travaux s'appuient sur trois volets : (1) le développement d'outils de modélisation de la microstructures 2D/3D représentatives des matériaux étudiés, (2) l'étude de la dispersion induite par les hétérogénéités de la microstructure sur les variables pertinentes pour prévoir l'endommagement par fatigue et (3) la mise en place d'une approche statistique basée sur la statistique des extrêmes et offrant un cadre pertinent pour l'analyse des résultats de calculs dans le contexte de la fatigue à grande durée de vie. Nous présenterons plus particulièrement les deux derniers points.