Modeling fretting-fatigue lives under variable amplitude loading conditions

Modélisation de la durée de vie en fretting-fatigue sous chargements d'amplitudes variables

Guillaume Rousseau (1)

1 LMT - Laboratoire de mécanique et technologie

In this manuscript a new method to describe the stress gradient effect and predict the life in fretting-fatigue is proposed.This approach consists of representing the movement in the vicinity of a contact front by using a set of degrees of freedom and reference spatial fields.The intensity factors of these reference spatial fields are hence a set of non-local variables which constitute the degrees of freedom of the problem. It is shown that a very small number of them is required to accurately describe the mechanical problem.3D finite element analyses were conducted, first to build the framework of this approximation, second to qualify its accuracy and finally to determine the non-linear response of a contact in multiaxial fretting-fatigue conditions. An incremental constitutive model was developed to predict this non-linear response and was compared to the results of the finite elements analyses.Finally, these non-local intensity factors are used to set up crack initiation criteria and the predicted crack initiation threshold. Then, fretting fatigue lives are compared to experimental data.This non-local representation has the advantage of being independent of the geometry of the contacting bodies. So, intensity factors can be used to predict the behavior of real-scale industrial assembly using data obtained on laboratory test geometry.

Dans ce manuscrit, une nouvelle méthode pour prendre en compte l’effet du gradient et prédire la durée de vie en fretting-fatigue est proposée.Cette approche consiste à représenter le mouvement au voisinage du front de contact en utilisant un ensemble de degrés de liberté et de champs spatiaux de référence.Les facteurs d'intensité de ces champs spatiaux sont un ensemble de variables non-locales qui constituent les degrés de liberté du problème. Il est démontré qu'un très petit nombre suffit à décrire avec précision le problème mécanique.Des analyses 3D par éléments finis ont été réalisées, d'abord pour construire le cadre de cette approximation, ensuite pour quantifier sa précision et enfin pour déterminer la réponse non-linéaire d'un contact tridimensionnel dans des conditions de frottement multiaxiales. Un modèle de comportement incrémental a été développé pour prédire cette réponse non-linéaire et a été comparé aux résultats des analyses par éléments finis.Enfin, ces facteurs d'intensité non locaux sont utilisés pour établir un critère d'amorçage de fissure et la durée de vie en fretting-fatigue est comparée aux données expérimentales.Cette représentation non-locale a l'avantage d'être indépendante de la géométrie des solides en contact. Ainsi, les facteurs d'intensité peuvent être utilisés pour prédire le comportement d'un assemblage industriel à l'échelle réelle en utilisant les données obtenues sur des géométrie de laboratoire.

Mots clés: Fretting-Fatigue; Life prediction; Incremental approach; Fracture mechanics; Contact mechanics

Mots clés: Fretting-Fatigue; Durée de vie; Approche incrémentale; Mécanique de la rupture; Mécanique du contact

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Guillaume Rousseau. Modélisation de la durée de vie en fretting-fatigue sous chargements d'amplitudes variables. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPAST020⟩. ⟨tel-03044163⟩