An elasto-plastic correction for the fatigue design of notched components under multiaxial non proportional cyclic loading
Une méthode de correction élastoplastique pour le calcul en fatigue des zones de concentration de contraintes sous chargement cyclique multiaxial non proportionnel
Résumé
The first step of a low cycle fatigue life calculation consists in determining the stress and strain histories at critical points. To avoid time-consuming complete nite element computations, local elasto-plastic corrections may be used to evaluate those histories in a very short time. Existing approaches are not accurate enough, thus a new method inspired from homogenisation models is proposed. It was implemented in the ZeBuLoN FE code, and validated through multiaxial non proportional random loadings, which is not the case for any existing method. The obtained histories are used as an input for fatigue life calculation methods. A new cycle counting algorithm was also implemented to extract cycles from a multiaxial random loading sequence. It is a rainow technique, which takes into account all components of the loading, and denes a \cycle" in the deviatoric stresses space. Fatigue life calculations have been performed to evaluate the relevance of this calculation chain. Finally, we apply the method to an industrial component (crane frame arm).
La première étape d'un calcul de durée de vie en fatigue oligocyclique consiste à obtenir l'historique des contraintes et des déformations sur des points jugés critiques. Pour éviter des calculs complets par éléments finis (force brute) particulièrement longs, les corrections élasto-plastiques locales évaluent ces historiques en un temps très court. Les approches existantes manquant de précision, une nouvelle méthode de calcul qui s'inspire des modèles d'homogénéisation a été proposée. Elle a été implémentée dans le code de calcul ZéBuLoN et validée sur des cas de charge quelconques en multiaxial non proportionnel aléatoire, ce qui n'est le cas d'aucune autre méthode de la littérature. Ces historiques servent d'entrée aux méthodes de prévision de durée de vie. Un nouvel algorithme de comptage de cycles a été utilisé pour extraire une série de cycles d'un chargement multiaxial aléatoire. Il s'agit d'une technique de rainow qui permet de conserver toutes les composantes du chargement, et de définir un "cycle" dans l'espace des contraintes déviatoriques. Des calculs de durée de vie ont été réalisés pour évaluer la pertinence de l'ensemble de la chaîne de calcul ainsi constituée. On montre pour finir des applications à une pièce industrielle (bras de châssis de grue).
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