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Fatigue thermique d'un acier inoxydable austénitique 304L : simulation de l'amorçage et de la croissance des fissures courtes en fatigue isotherme et anisotherme
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Haddar, Nader |
| Copyright Year | 2003 |
| Abstract | Les canalisations coudees des circuits de refroidissement des centrales thermiques sont soumises a des fluctuations thermiques de faible amplitude et de frequence variable. Ces fluctuations associees aux variations de temperature des fluides presentent un risque de fissuration et de fuites. Afin de prevenir de tels risques, EDF a lance le programme CRECO RNE 808, « Fatigue thermique des aciers inoxydables austenitiques 304L » pour etudier experimentalement sur element de volume, lamorcage et le debut de propagation des fissures en fatigue thermique dans les aciers inoxydables austenitiques. Lobjectif est de comparer le comportement et lendommagement du materiau en fatigue mecano-thermique (cyclage en temperature + cyclage en deformation) et en fatigue isotherme et est oriente sur le probleme RRA, dans lequel les conditions extremes ont ete determinees par EDF pour le metal Tmax = 165°C et Tmin = 90°C et ou la frequence des fluctuations thermiques peut atteindre un Hertz. Une sollicitation thermomecanique sur element de volume est necessaire en effet pour simuler la fatigue thermique des zones critiques dune structure. Des essais de fatigue isotherme, aux deux temperatures extremes du cycle thermique, ont montre un comportement similaire du materiau et un effet du module sur la reponse mecanique du materiau. On na pas constate de reelle difference de duree de vie entre les deux temperatures etudiees pour des amplitudes de deformation mecanique superieures a 0,18% alors que pour des faibles amplitudes de deformations la duree de vie du materiau diminue quand la temperature augmente. Des essais de fatigue mecano-thermique realises sur des eprouvettes prelevees dans une bride de barriere thermique et dautres sur une tole ne montrent pas de difference que ce soit de point de vue comportement ou duree de vie pour des amplitudes de deformations mecaniques superieures a 0,18%. Dans le but detudier leffet de la contrainte moyenne, induite par pre-ecrouissage cyclique, sur la duree de vie du materiau, des essais ont ete realises sur des eprouvettes pre-ecrouies cycliquement a lambiante a ±1%. Une premiere comparaison des deux essais realises sur materiau pre-ecroui ne montre pas de difference entre le chargement mecano-thermique et isotherme a 165°C que ce soit en terme de comportement ou de duree de vie. Un effet de la contrainte moyenne (preecrouissage monotone a lambiante) a ete mis en evidence en fatigue isotherme a 165°C, avec une reduction importante de la duree de vie sur le digramme Dep/2 = f(Nf). Sous sollicitations mecano-thermiques, la duree de vie sur materiau pre-ecroui est plus importante que dans des conditions isothermes a 165°C. Une etude du comportement en relaxation du materiau entre 50 et 250°C a montre la presence de deux stades de relaxation : un premier stade pendant lequel le materiau se relaxe rapidement avec une viscosite independante de la temperature et de la deformation plastique cumulee, et un deuxieme stade pendant lequel la contrainte macroscopique varie peu dans le temps. Letude a montre que la capacite de relaxation du materiau diminue quand la temperature augmente de 50 a 250°C : le materiau presente donc une anomalie de comportement marquee dans ce domaine de temperatures. Un pre-ecrouissage cyclique a lambiante a ±1% diminue le taux de relaxation du materiau a 50°C et fait apparaitre une troisieme stade de relaxation du materiau avec une viscosite plus importante. Un pre-ecrouissage monotone a lambiante jusqua une contrainte maximale de 500MPa, reduit encore plus le taux de relaxation du materiau a 50 qua 250°C. Les essais de fatigue mecano-thermique a grand nombre de cycles (106 cycles et au dela) conduisent a des durees dessais pouvant depasser un an. Afin dexplorer, neanmoins, leffet de lamplitude de deformation dans ce domaine de duree de vie, et compte tenu du fait que sur site les premiers stades damorcage se produisent dans des zones superficielles perturbees, nous avons realise des essais de propagation de fissures courtes a partir dune entaille (longueur 2a = 0.5mm) en plasticite generalisee en controle de deformation mecanique, comme sur element de volume. Un modele de duree de vie est introduit au dernier chapitre. Le calcul est base sur les resultats des essais de fissuration en plasticite generalisee decrite dans le chapitre 6. En premier lieu un modele de comportement cyclique est identifie aux deux temperatures 90 et 165°C. La deuxieme partie sinteresse au calcul de durees de vie. A travers une representation energetique des resultats, nous avons discute la validite du modele de duree de vie en nous basant sur une analyse assez simplifiee. Deux approches sont presentees, avec pour chaque cas une comparaison des durees de vie experimentales aux durees de vie obtenus experimentalement en fatigue isotherme a 90 et 165°C et en fatigue mecano-thermique. Le modele de duree de vie retenu a ete valide en fatigue isotherme a 90 et 165°C ainsi quen fatigue mecano-thermique. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00005750/document |
| Alternate Webpage(s) | https://pastel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/46694/filename/tel-00005750.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
