Essais de fatigue à amplitude variable

Le chapitre précédent sur le rodage dynamique a montré qu’intercaler une étape de repos entre deux étapes de fatigue pouvait améliorer les caractéristiques du CR. L’explication proposée pour un tel résultat est que le refroidissement induit par l’étape de repos a permis de modifier l’équilibre entre l’endommagement et la cristallisation sous tension au profit de cette dernière. La première partie est consacrée aux essais dits par palier en charge-décharge, c’est-à-dire des essais de fatigue divisés en palier de même durée. Lors de la phase de charge la sollicitation augmente d’un palier à l’autre, et diminue lors de la phase de décharge. La deuxième partie consiste en l’étude d’essai de cumul d’endommagement, alternant les étapes de même durée entre une sollicitation fortement endommageante et une à durée de vie infinie. L’influence de la durée des étapes sur le comportement global lors de l’essai du CR est alors investiguée. La troisième partie est consacrée aux essais par paliers jusqu’à rupture, consistant en une unique phase de charge d’un essai par paliers de charge-décharge se finissant avec la rupture de l’éprouvette. La durée des étapes est investiguée permettant le tracé d’une courbe de Wöhler. Dans la quatrième et dernière partie de ce chapitre, les essais des différentes campagnes vues dans ce manuscrit sont repris dans un diagramme décrivant l’évolution de la raideur en fonction de l’aire de l’hystérésis. Celui-ci permet alors d’unifier tous les essais à une même sollicitation, indépendamment de l’historique de chargement.

Essais de fatigue par palier en charge-décharge (PCD)

Un essai par paliers consiste en une succession de blocs d’un nombre de cycles Nb. Chaque bloc est soumis à un niveau de sollicitation différent du bloc précédant et suivant. L’essai se termine quand les conditions de fin d’essai sont remplis (cela peut être la rupture de l’éprouvette ou parce que la sollicitation redevient nulle). Ici, tous les essais sont des essais uniaxiaux, menés à rapport de charge 0,1 et soumis à un signal sinusoïdal de fréquence 5Hz. Par défaut, la durée de chaque bloc est constante lors d’un essai. Dans le cas contraire, la durée des blocs est explicitée. Enfin, chaque bloc est séparé par une rampe de 5 secondes assurant la liaison. Les essais par paliers en charge-décharge (ou essais PCD) correspondent à une configuration au cours de laquelle la sollicitation lors d’une étape de charge augmente à chaque changement de blocs jusqu’à atteindre une sollicitation maximum. Ensuite lors de l’étape de décharge, la sollicitation diminue à chaque bloc de manière symétrique par rapport à l’étape de charge (Figure 4. 1).

Cet essai PCD est constitué de blocs de durée fixée à 5’000 cycles et lors desquelles un effort maximal inférieure à 175N s’applique sur l’éprouvette. Le Tableau 4. 1 détaille l’effort appliqué lors de chaque bloc. Ces efforts sont les mêmes que ceux investigués lors de l’étude de l’évolution de l’aire de l’hystérésis effectuée pour le rapport de charge 0,1 au chapitre 2. Les Figure 4. 2 et Figure 4. 3 montrent les évolutions de l’hystérésis et de la raideur pendant l’essai. Il est notable que lors de la phase aller, ces deux paramètres se comportent comme attendu : lors de chaque bloc, la raideur décroît selon une loi logarithmique et l’aire de l’hystérésis suit la même évolution telle que décrite au chapitre 2 (§3). Néanmoins une différence commence à apparaitre au bloc à 115N. Pour les blocs où l’effort maximal est plus faible ou égal à 115N, l’aire de l’hystérésis est constante et du même ordre que celle observée lors d’essais de fatigue au même effort maximal et à amplitude constante (pour les blocs à 100N Figure 4. 4.c/ et Figure 4. 4.d/). Par contre, lorsque l’effort appliqué lors du bloc est supérieur à 115N, la valeur au cours de la phase stabilisée de l’aire de l’hystérésis est plus importante que celle mesurée lors de la phase 2 d’un essai de fatigue à amplitude constante et à une même sollicitation (Pour les blocs à 140N Figure 4. 4.a/ et Figure 4. 4.b/). La même observation peut être faite en comparant les raideurs en début de blocs et les raideurs en début d’essai de fatigue à amplitude constante et au même effort maximal. Etant donné que ces différences se manifestent pour des efforts supérieurs à 115N, il est probable que celles-ci soit dues à la propagation de fissures, la durée d’un bloc étant supérieur au nombre de cycles ou apparait la phase 3 d’évolution de l’aire de l’hystérésis pour ces sollicitations (cf chapitre 2 Figure 2. 6).