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CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
L’étude présentée dans ce mémoire a été consacrée à la modélisation des phénomènes d’endommagement
liés à la FGNC des métaux. Deux volets principaux ont été abordés. Le premier porte sur la compréhension
et la modélisation du comportement en FGNC. Cette modélisation repose sur un certain nombre de
concepts et d’outils propres à la mécanique des milieux continus et s’attaque au rôle des hétérogénéités
microstructurales. Le second concerne l’application de cette modélisation au dimensionnement en fatigue
des pièces mécaniques soumis au traitement UAL (Usinage Assisté Laser) en tenant compte des
caractéristiques d’intégrité de surface liées à ce procédé de fabrication.
La première partie du travail concerne la description d’une méthode de calcul non locale en fatigue
multiaxiale afin de prévoir l’effet des hétérogénéités microstructurales et de l’histoire du chargement sur la
résistance à la fatigue. Ces hétérogénéités semblent être responsables de la forte dispersion des résultats des
essais de fatigue. Pour cela, on fait l’hypothèse d’une distribution du seuil d’adaptation élastique des grains
plastifiés associé au seuil d’amorçage des microfissures. L’hypothèse du maillon le plus faible est utilisée
pour obtenir la probabilité d’amorçage calculée à partir de l’ensemble des directions de glissement possibles
du VER et de l’ensemble des points sollicités.
L’intérêt de cette approche probabiliste non locale est de conduire à un nouveau critère d’endurance en
fatigue en introduisant des facteurs d’hétérogénéité spatial et directionnel. Il est en particulier possible de
prendre en compte à la fois les effets de chargement (différence de phase, biaxialité, différence de fréquence
entre les composants de contraintes, contrainte moyenne…) et la dispersion des données en fatigue
multiaxiale. La validation et la confrontation avec des données expérimentales montrent de bonnes
prédictions, particulièrement dans le cas de chargements non-proportionnels.
Cette approche probabiliste a été validée non seulement au niveau de la prévision des limites de fatigue
macroscopique (endurance illimitée), mais aussi pour l’estimation de la durée de vie dans le domaine de
l’endurance limitée. En particulier, des courbes P-S-N sont obtenues en utilisant un critère de ruine basée
soit sur la déformation plastique accumulée mésoscopique soit sur l’énergie dissipée mésoscopique
représentatives d’un état d’« accommodation plastique ».
Pour considérer plus précisément le cas de l’endommagement en FGNC, un modèle élasto-plastique
couplé à l’endommagement à l’échelle mésoscopique et construit dans le cadre de la thermodynamique des
processus irréversibles a été utilisé. Ce modèle phénoménologique et déterministe est basé sur la
distribution isotrope de dommages observée au stade I. Un outil numérique permettant de prédire la durée
de vie a été implémenté sous MATLAB. La procédure d’identification exige la connaissance d’une courbe
cyclique contrainte – déformation et de deux courbes de Wohler (torsion et traction simple par exemple).
A travers l’étude du cumul de dommage, on montre que les effets de séquence reposant sur des blocs de
sollicitations différentes ainsi que le phénomène de sur-endommagement introduit par le déphasage entre
les contraintes, peuvent s’interpréter aisément à partir du couplage entre mésoplasticité et dommage et par
la prise en compte de la variabilité des seuils à l’amorçage. Ce modèle déterministe est validé en utilisant un
grand nombre de résultats d’essais de fatigue sous différents modes de chargement en amplitude constante
sur l’acier ferrito-perlitique C35 et en amplitude variable sur l’alliage d’aluminium 2024.
En utilisant l’approche probabiliste proposée au chapitre II, on montre également qu’il est possible
d’accéder au paramètre τlim du comportement élasto-plastique stabilisé du modèle d’endommagement et
ainsi refléter le rôle des hétérogénéités microstructurales pour obtenir un modèle d’endommagement
probabiliste. Les premières prédictions sont très satisfaisantes notamment quand on les compare aux
résultats expérimentaux des chargements déphasés sur l’acier ferrito-perlitique C35.
La dernière partie de ce travail est consacrée au rôle d’un procédé de fabrication par enlèvement de
matière : l’Usinage Assisté Laser (UAL). Afin de bien comprendre son rôle sur la tenue en fatigue, différents
paramètres d’intégrité de surface associés à son utilisation ont été considérés : état de surface, gradient de
microstructure, contraintes résiduelles. Deux matériaux très différents ont été étudiés, un acier au chrome
(100Cr6) et un alliage de titane (Ti-6Al-4V), et deux chargements ont été appliqués, traction-compression
et torsion purement alternée. Plusieurs compagnes d’essais en fatigue, conduites au LPMI (et au LAMEFIP)
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