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Courbe de Whöler / Ligne de Whöler

Dans l’essai de fatigue , la courbe de Wöhler (également appelée essai de Wöhler) est déterminée à amplitude constante conformément à la norme DIN 50100; elle est ensuite divisée en plages: fatigue à faible nombre de cycles K, fatigue à grand nombre de cycles Z et résistance à la fatigue D.

Les zones sont délimitées au moyen du nombre de cycles d’oscillation N

  • Fatigue à faible nombre de cycles 100 à 30.000 cycles
  • Fatigue à grand nombre de cycles 2.000.000 cycles environ
  • Résistance à la fatigue jusqu’à infini

Le diagramme de Wöhler vous permettra alors de lire le nombre maximum de changements de charge pour une amplitude de charge déterminée. Celui-ci dépend des propriétés du matériau, de la force et du type de chargement (charge de compression ondulée, charge de traction ondulée ou charge alternée).

La courbe de Wöhler d'un échantillon de matériau lisse (rapport de contrainte R = -1)

Dans notre exemple, l’amplitude de contrainte nominale Sa est représentée de manière logarithmique, tout comme le nombre d’oscillations N. Lorsque la représentation est effectuée au moyen de deux échelles logarithmiques, la plage de la fatigue à grand nombre de cycles est représentée par une droite. La courbe résultante est appelée Courbe de Wöhler ou Ligne de Wöhler .

    Description de la courbe de Wöhler:

    • Rm résistance statique (ici résistance à la traction)
    • Sa amplitude de contrainte nominale
    • SaD résistance à la fatigue
    • N cycle d’oscillation tolérable
    • ND cycles d’oscillation de la charge d’angle
    • NG cycles d’oscillation limite
    • K Fatigue à faible nombre de cycles
    • Z Fatigue à grand nombre de cycles
    • D Résistance à la fatigue / résistance à la fatigue par efforts alternés

    Fatigue à faible nombre de cycles

    La fatigue à faible nombre de cycles K se situe dans la plage inférieure à environ 104 à 105 cycles de vibration.

    La fatigue à faible nombre de cycles est déterminée par l’essai Low Cycle Fatigue (LCF). Dans ce domaine, les matériaux et composants sont soumis à de telles contraintes que des déformations plastiques se produisent dans le cycle et que le matériau défaille prématurément. Le modèle de Coffin-Manson sera fréquemment utilisé pour une représentation plus détaillée.

    Lorsque le chargement conduit à la rupture au quart des cycles d’oscillation, on parle de résistance statique, qui est également déterminée dans l’essai de traction .

    Fatigue à grand nombre de cycles

    La fatigue à grand nombre de cycles Z se situe dans la plage entre 104 et 2·106 cycles d’oscillation (selon le matériau). Dan la plage de résistance à la fatigue, l’éprouvette atteint toujours un critère de défaillance (par exemple, une fissure ou une rupture).

    La fatigue à grand nombre de cycles est déterminée dans l’essai de fatigue ou essai High Cycle Fatigue (HCF). Après l’essai, le résultat est le nombre de cycles d'oscillation à une amplitude de charge donnée.

    Droite de résistance à la fatigue

    Lorsque deux échelles logarithmiques sont utilisées, la courbe de Wöhler est presque droite. Cette droite (avec une inclinaison -k) est appelée droite de résistance à la fatigue.

    Résistance à la fatigue

    L’essai de fatigue D (very high cycle fatigue, VHCF en anglais) désigne la limite de chargement, supportée par un matériau sous chargement cyclique sans fatigue ou rupture importante.

    Dans la plage de résistance à la fatigue, un nombre limite de cycles d’oscillations NG est spécifié. Lorsque l’éprouvette défaille avant d’atteindre ce nombre limite de cycles d’oscillations, elle est considérée comme "défaillante". Les matériaux qui résistent à plus de 1 000 000 de cycles d'oscillation sans défaillance lors de l'essai de fatigue à une force définie seront par contre considérés comme résistants à la fatigue. 

    La conception de la résistance à la fatigue se traduit par des contraintes admissibles sensiblement plus faibles que dans le concept statique.

     

    Le tracé de la courbe de Wöhler dans la plage de résistance à la fatigue se subdivise en 3 types:

    • Tracé horizontal de la courbe de Wöhler: Une résistance à la fatigue plus prononcée ou résistance à long terme se produit fréquemment sur les aciers ferritiques
    • Autre chute de la courbe de Wöhler avec une inclinaison plus faible: se produit fréquemment sur les aciers austénétiques ou aluminium
    • Après un tracé horizontal, la courbe de Wöhler chute à environ 108 cycles d'oscillation: des défauts internes provoquent des fissures sous la surface

    Principales normes pour la détermination de la courbe de Whöler

    • DIN 50100 - "Essai de fatigue - Réalisation et évaluation des essais cycliques avec une amplitude de charge constante pour éprouvettes de matériaux métalliques et composants"
    • ASTM E466-15 - "Méthode standard pour la réalisation d'essais de fatigue axiale à amplitude constante et à force contrôlée sur matériaux métalliques"
    • ISO 1099 - "Matériaux métalliques - Essais de fatigue - Méthode par force axiale contrôlée"
    • DIN EN 6072 - "Série aérospatiale - Matériaux métalliques - Méthodes d'essai - Essai de fatigue à amplitude constante"

    Machines d’essai pour la détermination de la courbe de Wöhler

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