21/11/2014 - Soutenance de thèse de Nicolas Marti

Effet de la fréquence et de la température sur les mécanismes de micro plasticité en fatigue.

Avis de soutenance

Nicolas MARTI
soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :
«Effet de la fréquence et de la température sur les mécanismes de micro plasticité en fatigue»

Soutenance prévue le vendredi 21 Novembre à 14 heures
Arts et Métiers ParisTech Paris
151, boulevard de l’Hôpital
75013 Paris
Amphi Esquillan

Composition du jury
Xavier FEAUGAS, Professeur des Universités, LaSIE, Université de La Rochelle, Rapporteur
Maxime SAUZAY, Docteur, CEA Saclay, Rapporteur
André CHRYSOCHOOS, Professeur des Universités, LMGC, Université Montpellier, Examinateur
Christophe DÉPRÉS, Maître de conférences, SYMME, Polytech' Savoie, Examinateur
Hael MUGHRABI, Professeur émérite, Université d’Erlangen-Nürnberg, Examinateur
Véronique FAVIER, Professeur des Universités, PIMM, Arts et Métiers ParisTech Paris,-Examinateur
Nicolas SAINTIER, Professeur des Universités, I2M, Arts et Métiers ParisTech Bordeaux, Examinateur
Fabienne GREGORI, Maître de conférences, LSPM, Université Paris 13, Examinateur
 

EFFET DE LA FRÉQUENCE ET DE LA TEMPÉRATURE SUR LES MÉCANISMES DE MICROPLASTICITÉ EN FATIGUE

RÉSUMÉ
Il existe actuellement une demande croissante pour le développement de méthodes expérimentales rapides et fiables permettant d'estimer la résistance à la fatigue dans le domaine de la fatigue à grands nombres de cycles. En ce sens, la fatigue ultrasonique apparue dans les années cinquante est très intéressante pour les industriels. En effet, la fréquence typique de ces essais est de 20 kHz ce qui permet d'atteindre le domaine des très grandes durées de vie en des temps d'essais raisonnables (109 cycles sont atteints en 14 h). Cependant ces essais posent le problème de l'effet de la fréquence et plus généralement de la validité des résultats obtenus pour estimer la durée de vie de structures chargées à des fréquences très inférieures à 20 kHz. L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet de la fréquence du chargement sur les mécanismes précurseurs de l'initiation de fissures et plus précisément sur les mécanismes de microplasticité à l'échelle du grain.

Ce travail de thèse s’intéresse au cas du cuivre pur polycristallin sollicité en traction-compression alternée et symétrique. Pour mettre en évidence un effet de la fréquence, les courbes de Wöhler ont été construites à différentes fréquences. L’étude s’est ensuite focalisée sur les mécanismes de microplasticité précurseurs de l’initiation de fissures et plusieurs critères ont été examinés : les morphologies des bandes de glissement et leurs positions en lien avec la microstructure, les seuils d’apparition des bandes de glissement, le développement de ces bandes avec le nombre de cycles, la répartition de la microplasticité dans les grains, les valeurs d’énergie dissipée au cours d’un cycle.

Le glissement dévié et la production-diffusion de lacunes sont deux mécanismes qui interviennent dans la formation des bandes de glissement et des extrusions en surface. Leurs rôles respectifs sur les effets de fréquence observés sont discutés.

Mots clés : fatigue ultrasonique, fatigue conventionnelle, mécanismes de déformation, bandes de glissement, dislocations, microscopie électronique.

 

FREQUENCY AND TEMPERATURE IMPACTS ON MECHANISMS OF MICROPLASTICITY UNDER FATIGUE LOADING

ABSTRACT
Nowadays there is a growing demand for the development of fast and robust fatigue life prediction methods in the very high cycle fatigue domain. In this way, ultrasonic fatigue technique which appeared in 1950 is very interesting for manufacturers. Because the typical frequency of these tests is 20 kHz, this technique is efficient to perform tests up to a very high number of cycles in a reasonable time (109 cycles are reached in 14 h). However, the frequency domain of these fatigue tests facilities raises the issue of the effect of frequency and more generally the validity of the obtained results for estimating fatigue life of structures loaded at frequencies three or four order of magnitude below ultrasonic frequencies. The objective of this work is to evaluate the effect of the loading frequency on the precursors of fatigue damage, namely the microplasticity at the grain scale.

This thesis work deals with the case of polycrystalline pure copper loaded in fully reversed tension-compression. To show the effect of frequency, the Wöhler or S-N curves were constructed at different frequencies. Then, the study focused on the mechanisms of microplasticity preceding crack initiation and several criteria were investigated: the morphologies of the slip bands and their locations in the microstructure, the thresholds of appearance of the slip bands, the evolution of the slip bands amount with the number of cycles, the distribution of the microplasticity in the grains, the dissipated energy during a fatigue cycle.

Cross slip and vacancies production and diffusion are two mechanisms which play a part in the formation of slip bands and extrusions in surface. Their respective roles on the effects of frequency observed are discussed.

Keywords: gigacycle fatigue, conventional fatigue, mechanisms of deformation, slip bands, dislocations, electron microscopy