Pour un composant présentant une fissure initiale de taille a0, lorsqu'il est soumis à des charges statiques, tant que la contrainte de travail (σ) est inférieure à la contrainte critique (σc), le composant fonctionnera de manière sûre et fiable sous le niveau de contrainte statique. La rupture fragile ne se produit que lorsque σ=σc ou K1=K1c. Toutefois, si le composant subit [...]
Pour un composant présentant une fissure initiale de taille a0, lorsqu'il est soumis à des charges statiques, tant que la contrainte de travail (σ) est inférieure à la contrainte critique (σc), le composant fonctionnera de manière sûre et fiable sous le niveau de contrainte statique. La rupture fragile ne se produit que lorsque σ=σc ou K1=K1c.
Cependant, si le composant subit une contrainte alternative avec une valeur de σ<σc, la fissure initiale a0 augmentera progressivement sous l'influence de la contrainte alternative. Lorsqu'elle atteint la taille critique de a=ac, le composant devient instable et est endommagé.
Le processus de croissance de la taille initiale de la fissure a0 jusqu'à la taille critique ac est appelé croissance sous-critique de la fissure de fatigue ou phase de vie résiduelle de la macro-fissure a0, comme le montre la figure 1.
Fig. 1
La durée de vie totale en fatigue (N) d'un matériau se compose de deux étapes : la durée d'initiation (Ni) et la durée de propagation (Np) de la croissance de la fissure jusqu'à la rupture.
Le processus de fracture de fatigue est complexe et influencée par de nombreux facteurs, mais elle peut généralement être divisée en quatre étapes basées sur le développement des fissures :
N = Ni + Np
Lorsqu'un composant est soumis à des charges alternées et qu'il ne présente ni fissures ni défauts, même si la contrainte nominale est inférieure à la limite d'élasticité du matériau, la surface du composant peut encore présenter un glissement dans des zones localisées en raison de l'irrégularité du matériau.
En effet, la surface du composant se trouve dans un état de contrainte plane, ce qui le rend susceptible de glisser sans aucune déformation plastique. Au fil du temps, les processus de glissement cyclique répétés entraînent la formation de bandes de glissement d'extrusion et d'extrusion de métal, créant ainsi le noyau de microfissures.
Une fois le noyau de la fissure formé, la microfissure se propage le long de la surface de glissement à 45° sous l'influence de la contrainte principale.
À ce stade, la profondeur de la fissure dans la surface est très faible, environ dix microns seulement, et il y a de nombreuses fissures le long de la bande de glissement, comme le montre la figure 2.
C'est le stade initial de la croissance des fissures.
Cette étape marque la transition entre les microfissures et les macrofissures.
Le taux de croissance des fissures augmente et la direction de croissance est perpendiculaire à la contrainte de traction, avec une seule fissure qui se développe.
Il est généralement admis que la longueur de fissure comprise entre 0,01 mm et ac représente le stade de croissance de la macrofissure, également connu sous le nom de deuxième stade de croissance de la fissure.
Lorsque la taille de la fissure atteint la taille critique ac, la propagation de l'instabilité se produit et la fracture se produit rapidement.
Il s'agit d'un processus typique de rupture par fatigue pour les composants dont les surfaces sont lisses et qui ne présentent pas de fissures initiales.
Pour les matériaux à haute résistance, en raison de leur forte limite d'élasticitéEn raison de la sensibilité élevée de l'acier aux entailles et de la présence d'inclusions internes et de particules dures, les fissures se forment souvent directement aux points de concentration des macrocontraintes et commencent à se fissurer le long des inclusions et de l'interface de la matrice, ce qui déclenche la phase de croissance stable des macrofissures plutôt que la phase de croissance inclinée des microfissures.
Le stade de la macro-craquelure est le plus important pour l'analyse de la fatigue du point de vue de la sécurité. mécanique des fractures.
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.
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