Passer au contenu de page

Essais Low Cycle Fatigue (LCF) d’aprùs ISO 12106 / ASTM E606

Détermination de la résistance à court terme / fatigue à court terme

Low Cycle Fatigue signifie fatigue Ă  faible nombre de cycles.

L’essai Low Cycle Fatigue (LCF) d’aprĂšs ISO 12106 et ASTM E606 est un essai de fatigue au cours duquel une sollicitation cyclique est simulĂ©e jusqu’à la dĂ©faillance. L’essai est typiquement rĂ©alisĂ© sur une machine d’essai servohydraulique.

Les matĂ©riaux soumis Ă  des contraintes thermiques et mĂ©caniques extrĂȘmes sont uniquement conçus pour la plage de rĂ©sistance Ă  court terme, c'est-Ă -dire jusqu'Ă  un maximum de 105 changements de charge. Les disques d’aube et disques de turbine des moteurs d'avion de mĂȘme que les turbines stationnaires pour la production d'Ă©lectricitĂ© sont quelques exemples d’application de l’essai LCF. L’essai LCF est Ă©galement utilisĂ© pour les turbocompresseurs de gaz d'Ă©chappement, les collecteurs d'Ă©chappement et d'autres composants. Dans ces composants, la dĂ©formation plastique alternĂ©e induite par la contrainte se produit au niveau des encoches structurelles, par exemple au niveau de l'articulation entre la lame et le disque, ce qui conduit tĂŽt ou tard Ă  la fissuration. Lors de l’essai Low Cycle Fatigue, ces sollicitations sont simulĂ©es sur une Ă©prouvette et le nombre de cycles d'oscillations est dĂ©terminĂ© jusqu'Ă  la fissure. L’essai est gĂ©nĂ©ralement rĂ©alisĂ© Ă  tempĂ©rature Ă©levĂ©e. La frĂ©quence d’essais se situe typiquement entre 0,01 et 5 Hz.

La machine d’essais et le rĂ©gulateur de la machine seront notamment sollicitĂ©s. Lors du passage de la dĂ©formation Ă©lastique Ă  la dĂ©formation plastique, la rigiditĂ© de l'Ă©prouvette change radicalement et le contrĂŽleur doit rĂ©agir trĂšs rapidement, par exemple pour garantir une vitesse d’augmentation constante de l’allongement. Une rigiditĂ© particuliĂšrement Ă©levĂ©e de la machine d’essais joue ici un rĂŽle dĂ©cisif.

Principales normes

  • ISO 12106 MatĂ©riaux mĂ©talliques – Essai de fatigue – MĂ©thode par dĂ©formation axiale contrĂŽlĂ©e
  • ASTM E606 MĂ©thode d'essai standard pour essai de fatigue rĂ©alisĂ© en contrĂŽle allongement 
  • BS 7270 MĂ©thode pour amplitude constante - Essai de fatigue rĂ©alisĂ© en contrĂŽle allongement

Sollicitation dans l’essai Low Cycle Fatigue

La sollicitation dans l’essai Low Cycle Fatigue se compose d’une portion Ă©lastique de l’allongement Ɛa,e et d’une portion plastique Ɛa,p: Æa,t = Ɛa,e + Ɛa,p

S'il existe bel et bien une relation linéaire entre la contrainte et la déformation dans la plage élastique (loi de Hooke), celle-ci n'est pas linéaire dans la plage plastique. Le résultat est une boucle d'hystérÚse.

Les essais Low Cycle Fatigue d’aprĂšs ISO 12106 / ASTM E606 sont rĂ©alisĂ©s Ă  amplitude constante. Des temps d’arrĂȘt pourront Ă©galement ĂȘtre ajoutĂ©s pour Ă©tudier les processus de fluage / relaxation. Un triangle ou un trapĂšze pour les temps d’arrĂȘt est utilisĂ© comme valeur de consigne.

D’autres courbes de contrainte-temps sont Ă©galement possibles pour simuler des charges d’exploitation spĂ©cifiques. Ainsi, mĂȘme les essais Low Cycle Fatigue seront rĂ©alisĂ©s avec une oscillation superposĂ©e de plus haute frĂ©quence.

La frĂ©quence d’essais est gĂ©nĂ©ralement infĂ©rieure ou Ă©gale Ă  1 Hz, mais cette limite est constamment repoussĂ©e vers le haut, de sorte que des essais LCF jusqu'Ă  10 Hz peuvent Ă©galement ĂȘtre rĂ©alisĂ©s.

Les essais LCF sont approchĂ©s en rĂ©gulation allongement. Seuls, certains cas particuliers requiĂšrent de passer au contrĂŽle force dans la zone d'hystĂ©rĂšse stabilisĂ©e ou pendant les temps d’arrĂȘt, afin d'Ă©tudier les effets du fluage. Pour la caractĂ©risation des matĂ©riaux, les essais sont gĂ©nĂ©ralement rĂ©alisĂ©s Ă  un ratio RƐ de -1.

DĂ©roulement d’essai Low Cycle

L’éprouvette sera chauffĂ©e Ă  tempĂ©rature d’essais, aprĂšs qu’elle ait Ă©tĂ© soigneusement montĂ©e. La machine se trouve alors en rĂ©gulation force, la valeur de consigne est 0 kN. Le capteur d’allongement sera positionnĂ©, aprĂšs approche de la tempĂ©rature souhaitĂ©e. Lorsque le capteur est positionnĂ© sur l’éprouvette dĂšs la phase de chauffage, le L0 modifiĂ© doit Ă©galement ĂȘtre pris en compte. Pour terminer, le systĂšme basculera en rĂ©gulation allongement et l’essai sera dĂ©marrĂ©.

Les premiers cycles sont particuliÚrement importants, car les matériaux peuvent y présenter un comportement trÚs différent.

Une hystérÚse stabilisée est généralement obtenue aprÚs quelques changement de charge. Certains matériaux, en revanche, ne présentent ni durcissement ni déformation.

Cyclic Hardening

Certains matĂ©riaux durcissent au cours les premiers cycles, c'est-Ă -dire que la force permettant d’approcher l'allongement cible augmente de cycle en cycle.

Cyclic Softening

D'autres matériaux présentent un comportement exactement opposé, ils deviennent instables, la force nécessaire diminue.

Fin essai

La fin essai de la fatigue à court terme est généralement définie comme chute de force (en %) par rapport à la droite de régression de l'hystérÚse stabilisée.

Pour faire face Ă  ce comportement du matĂ©riau, il sera par consĂ©quent important d’enregistrer du dĂ©but chaque boucle d'hystĂ©rĂšse. Dans la plage stabilisĂ©e, il suffira par exemple d'enregistrer chaque centiĂšme ou milliĂšme. Une distance logarithmique est frĂ©quemment sĂ©lectionnĂ©e et un pourcentage de variation de la force est Ă©galement dĂ©fini comme critĂšre de stockage. Chaque cycle devra de nouveau ĂȘtre enregistrĂ© pour la fin essai.

Produits adaptĂ©s pour les essais Low Cycle Fatige d’aprĂšs ISO 12106 / ASTM E606

Top