Comment les ingénieurs prévoient-ils la défaillance d'un matériau sous l'effet de contraintes répétées ? Cet article présente la courbe S-N, un outil clé dans l'analyse de la fatigue. Vous apprendrez comment la contrainte moyenne, la conversion de la contrainte multiaxiale et la contrainte irrégulière sont traitées pour prédire la durée de vie du matériau en fatigue. La compréhension de ces concepts peut aider à concevoir des composants plus durables et plus fiables. Lisez la suite pour explorer les subtilités de l'analyse de la fatigue et assurer la longévité de vos projets d'ingénierie.
Les propriétés de fatigue des matériaux sont généralement exprimées par des cycles de contrainte uniaxiale, connus sous le nom de courbes S-N. Il est important de noter que la théorie de la fatigue basée sur la mécanique des fractures n'est pas prise en compte dans ce contexte.
La variation de la contrainte dans le temps suit souvent un schéma régulier, tel qu'une onde sinusoïdale, une onde carrée ou une impulsion. Cependant, l'influence de la contrainte moyenne sur la performance en fatigue est souvent négligée (c'est-à-dire que l'impact de r=Smin/Smax ≠ -1).
Dans la réalité, l'état de contrainte est généralement multiaxial, avec une variation irrégulière de la contrainte et r≠-1. La correspondance entre la contrainte réelle et la performance en fatigue mesurée en laboratoire, qui implique une variation régulière de la contrainte, une contrainte uniaxiale et r=1, constitue la base de l'analyse de la fatigue.
Lorsque des courbes S-N sont disponibles pour différentes valeurs de r, la méthode d'interpolation est généralement employée pour déterminer la courbe S-N pour des valeurs de r inconnues.
Dans les cas où seule une courbe S-N avec r=-1 est disponible, la formule suivante peut être utilisée pour calculer la contrainte équivalente. Cette formule convertit la contrainte uniaxiale de r≠-1 en contrainte uniaxiale lorsque r=-1, connue sous le nom de contrainte équivalente :
Où, Sa est l'amplitude de la demi-contrainte, Se est la contrainte équivalente souhaitée, Sm est la contrainte moyenne, et différentes valeurs de Su et n constituent des théories différentes :
Les options de contrainte suivantes sont disponibles pour déterminer le type de contrainte utilisé pour la transformation : Contrainte équivalente de Von Mises, contrainte de cisaillement maximale, contrainte principale maximale ou une composante de contrainte spécifique (telle que Sx, Syz, etc.).
Parfois, la contrainte de Mises avec un signe est également employée, sa magnitude restant inchangée. Le signe correspond au signe de la contrainte principale maximale. L'un des avantages de cette méthode est qu'elle permet de prendre en compte les effets de tension ou de compression, qui se reflètent dans la contrainte moyenne ou r.
Semblable à la théorie de la résistanceLa conversion de la contrainte équivalente de Von Mises et de la contrainte de cisaillement maximale convient aux matériaux présentant une grande ductilité, tandis que la conversion de la contrainte principale maximale convient aux matériaux fragiles.
La courbe temporelle de contrainte uniaxiale équivalente d'un haut et d'un bas irréguliers est analysée pour extraire une série de cycles de contraintes simples (Sa, Sm) et les heures correspondantes.
Le comptage et les statistiques peuvent être réalisés à l'aide de différentes méthodes, notamment la méthode dépendante du chemin et la méthode indépendante du chemin.
La méthode de corrélation des trajets, qui est la méthode de comptage des débits de pluie la plus utilisée, est appliquée pour compléter le processus de comptage. Son algorithme et son principe sont expliqués dans "Downing, S., Society, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue, 4, 31 - 40".
Après le traitement du flux de pluie, la courbe temporelle de contrainte irrégulière est transformée en une série de cycles simples (Sa, Smet nioù ni est le nombre de cycles).
Cette méthode permet d'appliquer la théorie de l'accumulation des dommages (critère de Miner) pour calculer et analyser : Somme (ni/Ni), où Ni est la durée de vie correspondant au cycle de contrainte (en considérant Sa, Sm(voir ci-dessus).
Cette technique est couramment utilisée pour mesurer le facteur de sécurité après un certain nombre de cycles ou la durée de vie correspondante d'un cycle de contrainte complexe spécifique.
À l'heure actuelle, les logiciels commerciaux d'analyse de la fatigue sont principalement basés sur le processus susmentionné.
Toutefois, il convient de noter que l'analyse de la fatigue est une analyse empirique et qu'il n'existe pas actuellement de théorie mature et complète.
La conversion d'une contrainte multiaxiale en une contrainte uniaxiale fait l'objet de différents points de vue.
La contrainte de Von Mises, par exemple, est une grandeur de contrainte basée sur l'idée de l'énergie spécifique de changement de forme.
L'utilisation des concepts de positif et de négatif ou de tension et de compression est une méthode imprécise et déconseillée.
Le choix du type de contrainte à adopter dépend de l'évolution possible des fissures sur les matériaux ou les structures afin de déterminer quel type de contrainte est le principal facteur de contrôle. défaillance due à la fatigue.
La pratique de l'ingénierie a montré que l'acier ayant une bonne plasticité est souvent endommagé par des charges dynamiques répétées de la contrainte principale dans les cas suivants défaillance due à la fatigue.
Supplément sur le traitement de l'effet de stress moyen :
"S'il existe des courbes S-N pour des valeurs R différentes, la méthode d'interpolation est généralement utilisée pour déterminer la courbe S-N pour des valeurs R inconnues.
Il s'agit d'une seule méthode, qui est utile lorsqu'il y a plusieurs contraintes à vérifier. Toutefois, cette méthode peut s'avérer fastidieuse lorsqu'il s'agit de vérifier la durée de vie d'une seule contrainte.
Une autre méthode consiste à déterminer la demi-ampleur de la contrainte équivalente sous la condition R = -1, puis à appliquer directement la courbe S-N.
En présence d'une contrainte moyenne, la courbe S-N ne peut pas être utilisée directement. Il faut alors utiliser la COURBE DE GOODMAN ou la COURBE DE GOODMAN modifiée.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
FR 
EN 
AR 
DE 
ES 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO