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4. Propriétés mécaniques: fatigue
Phénomène de fatigue
Des Matériaux
Section 7.5
GCI 116 - Matériaux de l’ingénieur
Sauf 7.5.4
4. Propriétés mécaniques: fatigue
GCI 116 - Matériaux de l’ingénieur
L’application de charges variables un très grand nombre de fois
peut entraîner la rupture du matériau même si ces charges sont
inférieures à la résistance ultime ou la limite élastique du
matériau. Ce phénomène est connu sous le terme de fatigue.
On estime qu’environ 80% des ruptures des matériaux sous
charge de service sont reliées à la fatigue.
Un chargement de fatigue est caractérisé par une sollicitation
variable dont la moyenne peut être nulle, positive ou négative.
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Type de chargement
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Sinusoïdal
Périodique
Aléatoire
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Paramètres
Amplitude de contraintes: ½ (max – min)
Variation de contraintes:
max – min
Contrainte moyenne:
½ ( max + min)
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Rapport des contraintes (R): min/max
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Vidéo 7.21
L’essai de fatigue
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•Fatigue-endurance défor.
élastiques N104cycles
•Fatigue plastique défor.
plastiques N< 104cycles
R = min/max
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À partir d’essais en laboratoire, on peut tracer une
courbe d’endurance (courbe de Wöhler)
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Courbe d’endurance
• zone de fatigue oligocyclique (N < 104 cycles)
• zone d’endurance limitée (104< N < 106 cycles)
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• zone de sécurité (N > 107 cycles)
Probabilité de 50% de rupture
Limite d’endurance, D
D
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La limite d’endurance asymptotique n’est pas présente chez tous
les matériaux ductiles. Quant aux matériaux fragiles, le courbe
d’endurance se réduit pratiquement à une ligne horizontale.
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Mécanismes de fatigue
I
Amorçage de l’endommagement
II Propagation de la fissure
III Rupture
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IV Zone de non-rupture
Vidéo 7.27
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Vitesse de propagation de la fissuration
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• Les défauts conduisent à une concentration de contrainte
qui entraînent l’apparition de fissure. Toutefois même une
surface lisse peut progressivement développer des
irrégularités (vidéo 7.29)
• On doit s’assurer que ces fissures n’atteindront pas la
longueur critique qui conduira à une rupture fragile de la
pièce.
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Facteurs influençant le comportement en fatigue
A. Les facteurs métallurgiques
- composition chimique
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- répartition des phases
- défauts de fabrication
- traitements thermiques
- microstructure
- inclusions
4. Propriétés mécaniques: fatigue
B. Les conditions de sollicitation
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Pour une même amplitude de contrainte, la durée de vie est d ’autant plus
courte que la contrainte moyenne est élevée.
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C. L’état de surface
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D. La géométrie
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E. L’environnement
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F. La fréquence d’oscillation
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Fatigue thermomécanique
Des cycles thermiques sévères peuvent aussi
provoquer un endommagement et la rupture
4. Propriétés mécaniques: fatigue
Exemple
Une pièce d’acier 4340 est soumise en service à des contraintes variant
sinusoïdalement dans le temps (rapport des contraintes R = -1). Les propriétés
mécaniques de la pièce sont les suivantes:
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Re0,2 = 800 MPa; Rm = 1000 MPa; A = 11%; Kc=66 MPa.m1/2
Sous ce chargement cyclique, il se forme une fissure de fatigue caractérisée
par un facteur géométrique  = 1,2.
A) Si max appliqué en service est de 500 MPa, quel sera la longueur critique
lc1 entraînant la rupture brutale?
B) Pour cette longueur combien de cycles N la pièce aura-t-elle subi?
C) Si une surcharge accidentelle se produisait en service, quelle serait la
longueur maximum lc2 de la fissure permettant d’éviter la rupture fragile.
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4. Propriétés mécaniques: fatigue
A)
lc1
K c   lc
Kc
1 


 
 max





2
1  66 MPa  m


 
 1,2  500 Mpa




2
 3,85  10 3 m
B) R = -1  a = 500 MPa  N = 106 cycles
2
C)
2


K


1
1 66MPa  m
c 
  1,5 10 3 m
lc 2  
 
  Re 0, 2    1,2  800Mpa 

