Influence of loading on the small fatigue cracks growth in a naval structural stell
Influence du chargement sur la propagation en fatigue de fissures courtes dans un acier de construction navale
Résumé
Our study related to a naval structural steel (type S355NL) employed in ship structures. If the behavior of the long cracks is well known, that of short cracks is controlled little. These two types of cracks actually present only few common points and the step to be adopted of the study of these short cracks required a particular reflexion. It is in particular significant to note that the short cracks propagation rate is influenced considerably by the microstructural components of the material (inclusions, grain boundary...). Tests with constant loading amplitude first of all were undertaken to characterize the short cracks behavior. The load ratios used for these fatigue tests were 0.1, 0.3, 0.5 and finally -1. Tests with variable amplitude (increasing, decreasing and resulting from a loading spectrum) were also carried out. This work gave many experimental results concerning fatigue cracks propagation which they are propagative or not propagative cracks and this starting from a measurement size of 20-25 µm. The results obtained were systematically compared with the long cracks propagation curves (da/dN ??Keff) also established for this material. Parallel to this work, a numerical study was undertaken by using the finite elements code Abaqus\Standard. We first of all determined the load distribution and stress concentration factor KT in the initiation area for the specimens used. Then, with a view to calculating the stress intensity factor K necessary to modeling the fatigue cracks behavior, several calculations based on the concept of J integral were carried out. Those were established for various configurations of specimens and cracks (semi-elliptic, semicircular, corner, surface...) in the elastic and elastoplastic cases. Lastly, two laws were proposed to predict the propagation life of fatigue crack
Notre étude a porté sur un acier de construction navale (type S355NL) employé dans la conception de bâtiments de surface. Si le comportement des fissures longues est assez bien connu, celui de fissures courtes est peu maîtrisé. Ces deux types de fissures ne présentent en réalité que peu de points communs et la démarche à adopter lors de l'étude de ces fissures courtes a nécessité une réflexion particulière. Il est notamment important de noter que la vitesse de propagation des fissures courtes est considérablement influencée par les constituants microstructuraux du matériau (inclusions, joints de grain...). Des essais à amplitude de contrainte constante ont tout d'abord été entrepris pour caractériser le comportement des fissures courtes. Les rapports de charge R utilisés pour ces essais de fatigue furent 0,1, 0,3, 0,5 et enfin -1. Des essais à amplitude variable (croissante, décroissante et issue d'un spectre de chargement) ont également été réalisés. Ces travaux ont donné lieu à de nombreux résultats expérimentaux concernant la propagation de fissures de fatigue qu'il s'agisse de fissures propageantes (conduisant à la rupture) ou non propageantes et ce à partir d'une taille de mesure de 20-25 µm. Les résultats obtenus ont été systématiquement comparés aux courbes de propagation des fissures longues (courbes da/dN ? ?Keff) également établies pour ce matériau. Parallèlement à ces travaux, une étude numérique a été menée en utilisant le code éléments finis Abaqus\Standard. Nous avons tout d'abord déterminé la répartition des contraintes et le coefficient de concentration de contrainte KT dans la zone d'amorçage pour les éprouvettes utilisées. Puis, dans le but de calculer le facteur d'intensité de contraintes K nécessaire à la modélisation du comportement des fissures de fatigue, plusieurs calculs basés sur le concept d'intégrale J furent menés. Ceux-ci ont été établies pour différentes configurations d'éprouvettes et de fissures (semi-elliptique, semi-circulaire, coin, surface,...) dans les cas élastique et élastoplastique. Enfin, deux lois ont été proposées pour prédire la durée de propagation d'une fissure par fatigue
Domaines
Autre| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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