Search

300M, an ultra-high strength steel used in aeronautics for landing gears, is generally shot-peened and coated with High Velocity Oxygen Fuel sprayed WC-10Co-4Cr to improve tribological behavior. In literature, few treatment parameters have been tested to analyze the surface integrity influence on fatigue properties. The self-heating method under cyclic loading is used to quickly determine fatigue properties by coupling them with intrinsic dissipation. Investigations on dissipation mechanisms of coating and substrate enable to develop self-heating models. That is the first step to build a lifespan forecast model based on temperature measurement to study shot-peening and coating influence on fatigue properties.

A methodology is described and evaluated for the numerical prediction of the low-cycle fatigue strength of welded assemblies taking into account the effect of local residual stresses. The methodology involves (i) modeling the cyclic behavior of base metal and heat affected zone materials of welded joints, (ii) establishing a simplified method to analytically predict the local notch fatigue behavior, (iii) defining a crack initiation criterion including mean stress effect. Notched specimens are first designed to produce a first configuration without residual stresses, a second one with tensile residual stresses, and a third one with compressive residual stresses. Cyclic tests are performed under repeated tensile loading. These tests allowed describing the influence of the initial residual stress states on the fatigue life quantified and analyzed on the basis of experiments. The application of the simplified method managed to capture the impact of residual stresses on the local cyclic behavior and the crack initiation resistance. Finally, the fatigue life prediction method is applied on thick welded T-joints. The deep hole drilling and the contour method are used to determine residual stresses in the weld toe. The proposed modeling approach is finally evaluated and discussed by correlating numerical predictions with experimental results obtained on T-joints loaded in four-point bending fatigue.

This paper is concerned with the mechanical behavior of Shape Memory Alloys (SMA). A particular attention is paid to the behavior under multi-axial proportional and non-proportional loadings. A large experimental data-base, composed of tension-torsion tests, tension-internal pressure tests and bi-axial compressive tests is presented and reported. For each type of multi-axial tests, an emphasis is placed on the determination of the shape of the transformation outset surface and the transformation strain rate is determined for selected loading path. Finally, a generalized J2-J3criterion of transformation outset, based on experimental observations, is proposed and identified.

For the recent years, some multiaxial loadings are performed on Shape Memory Alloys (SMA) in the range of pseudoelasticity (stress induced martensitic transformation). For instance the tension-torsion tests on Cu-Zn-Al tubes of Rogueda et al.[1], the triaxial proportional loadings of Gall et al.[2], the tension (compression) torsion tests on Ti-Ni tubes of Raniecki et al.[3] and thé recent biaxial compression loadings on Cu-AI-Be of Bouvet et al.[4]. These recent experimental results show that the mechanical behavior of SMA is affected by the multiaxiality of the stress tensor. Indeed, some comparisons between simulations with classical models and experimental results under nonproportional loadings permit to conclude that more work must be done to increase the accuracy of models. The aim of this paper is to present a new phenomenological modeling based on the thermodynamics framework of irreversible processes. This model uses two transformation surfaces, the first one controls the forward transformation (austenite phase transforms to martensite phase) and the second one the reverse transformation (martensite phase transforms to austenite phase). This model is shown to give good results for the prediction of complex multiaxial nonproportional tests.

Depuis une dizaine d'années, des alliages à mémoire de forme (AMF) sont sollicités, en chargement multiaxial, dans le domaine de la pseudoélasticité (transformation martensitique “renversable” induite sous contrainte) et de la pseudoplasticité (réorientation des plaquettes de martensite sous l'effet des contraintes externes). Les résultats expérimentaux obtenus montrent que le choix du chemin de chargement multiaxial influe fortement sur la réponse mécanique de I'AMF. Actuellement, malgré les nombreux modèles proposés dans la littérature, la simulation des chargements nonproportionnels n'est pas tout à fait opératoire. C'est la raison pour laquelle un modèle de comportement des AMF sous chargements proportionnels et nonproportionnels est proposé dans ce papier. A cet effet, deux surfaces de transformation directe et inverse, une déformation et une contrainte équivalentes sont introduites dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Pour un Cu-Al-Be polycristallin, la capacité de prédiction du comportement sous sollicitation complexe est bonne avec un nombre faible de paramètres matériau à identifier.

Durant les vingt dernières années un grand nombre d'études a été réalisé sur la description de la déformation progressive des martériaux métalliques sous sollicitations multiaxiales. La grande majorité des modèles proposés s'est focalisée sur la cinétique de l'évolution de la position du domaine d'élasticité et non sur l'évolution de sa forme. Des études comparatives récentes ont montré que ce type de modèle a beaucoup de difficultés à reproduire de façon quantitative les cinétiques de déformation progressive observées de façon expérimentale sous sollicitations uniaxiales et multiaxiales. Dans ce papier, nous introduisons la prise en compte de la distorsion du domaine d'élasticité dans un cadre classique de modèles de plasticité cyclique en nous appuyant sur le cadre general proposé par Kurtyka et Zyczkowski. Nous montrons à l'aide d'une stratégie basée sur deux types d'interactions entre le modèle développé et, d'une part, un modèle micromécanique, et, d'autre part, des résultats d'essais, une amélioration significative de la description du phénomène de déformation progressive.

Since the pioneer works of Gough and Joule, the thermal characterisation of elastomers under mechanical loading has been investigated by numerous research teams. This is not surprising as the thermal signature of rubber is very useful data to investigate the dissipation mechanisms as well as the thermodynamical variables and couplings. In former recent studies dealing with fatigue investigations, an experimental protocol was developed. This protocol imposes cyclic loading to hourglass shaped samples, takes into account the large displacements and permits dissociation between the intrinsic dissipation, responsible for the mean temperature variation (called heat build-up in the literature) and thermomechanical couplings responsible for the temperature variation around this mean value during one cycle. Up to now, the mean temperature has been investigated in order to feed an energetic fatigue criterion. The aim of the present study is to investigate the thermomechanical couplings and the ability of thermal measurements to exhibit some specific thermomechanical properties observed for rubberlike materials. The materials studied are natural rubber and styrene butabiène rubber compounds filled with several amounts of carbons blacks. The experimental data clearly exhibit interesting features such as the thermoelastic inversion point and difference in the temperature signal between mechanical loading and unloading. This rich database is analysed and correlated to other results from the literature. The main results obtained are dealing with the ability of accurate measurements to characterise the thermodynamic couplings and to detect the stress induced crystallisation.

La fatigue à grand nombre de cycles (HCF) prend une place majeure dans le dimensionnement des pièces de l’industrie automobile. Beaucoup de ces pièces sont obtenues à partir de tôles en acier par emboutissage. Lors de cette opération de mise en forme, l’acier est déformé plastiquement dans différentes directions. Une prévision fiable de durée de vie de ces pièces requière alors de connaître les propriétés en fatigue du matériau pré-déformé. De nos jours, l’évolution des propriétés en fatigue est souvent négligée, due principalement au temps prohibitif qui doit être alloué à des essais de fatigue classique. Pour réduire le temps de caractérisation, les essais d’auto-échauffement sont utilisés. Cette approche permet de déterminer l’influence d’une pré-déformation plastique homogène sur les propriétés en fatigue des aciers, via un modèle probabiliste à deux échelles. Le but de ce papier est de proposer une approche expérimentale originale pour identifier l’influence d’une pré-déformation plastique sur une large gamme de pré-déformation grâce à une seule et unique éprouvette. Le cas particulier d’une éprouvette avec un gradient constant de pré-déformation est présenté. L’utilisation de la corrélation d’images permet de valider la répartition du champ de pré-déformation plastique. Une mesure par caméra infrarouge lors de l’essai d’auto-échauffement couplée à la résolution de l’équation de la chaleur 1D permet d’identifier l’influence d’une pré-déformation plastique sur les propriétés en fatigue de l’acier dual phase considéré.

Les matériaux de fonderie, du fait de leur procédé d’obtention, présentent une population de défauts initiaux qui joue un rôle primordial sur leur comportement en fatigue. Dans ce travail, on propose de prendre en compte, dans un modèle de fatigue ad hoc, ces défauts de manière indirecte, i.e., sans les caractériser géométriquement. Cette approche est ensuite utilisée pour prévoir la tenue à la fatigue d’une structure obtenue par fonderie : une hélice marine.

Pour améliorer la tenue mécanique à la fatigue polycyclique des matériaux de fonderie, la Compaction Isostatique à Chaud (CIC) peut être utilisée. Elle consiste en un traitement thermomécanique des pièces moulées afin de refermer, complètement ou partiellement, les défauts initiaux qu’elles contiennent. On propose ici d’utiliser des mesures d’auto-échauffement sous chargements cycliques et un modèle associé pour caractériser le gain en tenue à la fatigue apporté par le procédé CIC sur un alliage cupro-aluminium de fonderie.

Une démarche de développement d’un modèle probabiliste à deux échelles pour la fatigue HCF des aciers est proposée. Elle est basée sur l’utilisation de mesure d’auto-échauffement sous chargements cycliques et est validée sur la base de la prévision des courbes de Wöhler d’un acier dual-phase pour différents rapport de charge.

This paper is concerned with the experimental behaviour of a 16MND5 steel (french vessel steel) under complex loading. A particular attention is paid to plasticity induced by phase transformation. We present an experimental set-up to apply thermo-mechanical loads under tension-torsion. This apparatus enables us to reach temperature of 1200 °C at a maximum heating rate of 60 °C s and a high cooling rate of −30 °C s. A series of tests is performed in order to show the rule of loading on transformation plasticity.

Abstract: Different approaches have been proposed to link high cycle fatigue properties to thermal measurements under cyclic loadings, usually referred to as “self-heating tests.” This paper focuses on two models whose parameters are tuned by resorting to self-heating tests and then used to predict high cycle fatigue properties. The first model is based upon a yield surface approach to account for stress multiaxiality at a microscopic scale, whereas the second one relies on a probabilistic modelling of microplasticity at the scale of slip-planes. Both model identifications are cost effective, relying mainly on quickly obtained temperature data in self-heating tests. They both describe the influence of the stress heterogeneity, the volume effect and the hydrostatic stress on fatigue limits. The thermal effects and mean fatigue limit predictions are in good agreement with experimental results for in and out-of phase tension–torsion loadings. In the case of fatigue under non-proportional loading paths, the mean fatigue limit prediction error of the critical shear stress approach is three times less than with the yield surface approach. [Copyright &y& Elsevier]

Biaxial proportional loading such as tension (compression)–internal pressure and bi-compression tests are performed on a Cu-Zn-Al and Cu-Al-Be shape memory polycrystals. These tests lead to the experimental determination of the initial surface of phase transformation (austenite→martensite) in the principal stress space (σ1,σ2). A first “micro–macro” modeling is performed as follows. Lattice measurements of the cubic austenite and the monoclinic martensite cells are used to determine the “nature” of the phase transformation, i.e. an exact interface between the parent phase and an untwinned martensite variant. The yield surface is obtained by a simple (Sachs constant stress) averaging procedure assuming random texture. A second modeling, performed in the context of the thermodynamics of irreversible processes, consists of a phenomenological approach at the scale of the polycrystal. These two models fit the experimental phase transformation surface well. [Copyright &y& Elsevier]