Crack growth under non-isothermal thermomechanical cyclic loading
Propagation de fissure sous chargement thermomécanique cyclique anisotherme
Résumé
The goal of the work is to find a new crack growth law under complex multi-axial thermo-mechanical transient loading. The first step was to perform finite element simulation on a cylinder head 3D model to first verify the localization of the structure's critical zone at the nose bridge between the inlet and the exhaust valve and second to determine the stress and temperature fields variation with time in that zone. As a second step, long crack fatigue tests were conducted on CT16 and SEN specimens at different load ratios, temperatures, frequencies and stress intensity factor values in order to establish the contribution of each parameter in governing the fatigue crack propagation. SEM, optical microscopy and other metallographic techniques were used to examine fracture surfaces and to analyze particles cracking. Using the experimental and numerical results, a new "damage tolerant" model design based on a non-isothermal crack growth prediction law was proposed validated and implemented.
Le but du travail est de trouver, dans le domaine de fatigue oligocyclique, une loi de propagation de fissure sous un chargement thermomécanique anisotherme. La loi trouvée permet ainsi d'avoir un dimensionnement optimal des culasses des moteurs HDI PSA dont le matériau constitutif est l'AS7G03 "dopé" cuivre. Le travail réalisé durant les trois années de thèse se résume par les cinq étapes suivantes : - Etude bibliographique : sur la microstructure des alliages d'aluminium, les critères de fatigue et les lois de propagation de fissure. - Calcul numérique de structure : Des calculs des champs thermomécanique ont été réalisés sur la structure afin de mettre en évidence les zones critiques des culasses et de déterminer la nature et les amplitudes des chargements dans la zone qui nous intéresse. - Caractérisation expérimentale de la propagation de la fissure : Plusieurs campagnes d'essais de fissuration isotherme et anisotherme à rapport de charge positif et négatif ont été menées sur des éprouvettes CT16 et des éprouvettes SEN. Egalement, des observations microstructurales (faciès de rupture, trajet de fissuration, plans de glissements, endommagements locaux dans les zones eutectiques, ...) ont été réalisées. - Loi de propagation de fissure : En se basant sur les résultats numériques et expérimentaux, une nouvelle loi de propagation de fissure a été développée et validée. - Implémentation du modèle formel dans le logiciel de calcul et réalisation des calculs et des essais en condition anisotherme afin de valider le modèle.