Crack growth under multiaxial low cycle fatigue at high temperature for the HAYNES® 188 superalloy - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

Crack growth under multiaxial low cycle fatigue at high temperature for the HAYNES® 188 superalloy

Propagation de fissures en fatigue oligocyclique multiaxiale à haute température pour le superalliage HAYNES® 188

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Abstract

This study is concerned with the SEMAFOR (ANR-14-CE07-0037) project in collaboration with ONERA, Mines ParisTech,LMT Cachan and Safran. In very high temperature condition, as found for some engine aircraft components, crack couldinitiate near perforated zones. Once a crack is initiated, further degradation by crack growth is the result of a complex setof phenomena: multiaxial fatigue loading, thermal gradients and large scale yielding under oxidizing environment. The purpose of this study is to analyse the fatigue crack growth of the superalloy HAYNES® 188 under such conditions wit hbiaxial tests. The design of an original experiment is a challenging issue to conduct biaxial tests at high temperature. A specific inductor (pancake) was designed to decrease thermal gradient within the gage length. Subsequent thermalfield has been measured using Infra-red thermography. An experimental methodology was developped to ensure a deep analysis of the crack growth. One of our major purpuse is the determination of the experimental fatigue crack growth rate in such conditions. A finite element numerical analysis was achieved using a post-processing methodology based onenergy partition. This model has been successfully validated, at first without crack insertion, for cruciform specimen tests with neither modification of the model constitutive parameters. Using consistent remeshing tools, crack propagation was modeled by explicit introduction of the crack observed experimentally. This approach leads to analyze the mechanical quantities controlling the fatigue crack growth under large scale yielding at high temperature, in order to establish tools for3D modeling of explicit crack propagation.
Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet ANR SEMAFOR (ANR-14-CE07-0037) (Simulation et caractérisationExpérimentale de la FissuratiOn en plasticité généRalisée) en partenariat avec l’ONERA, LMT Cachan et SAFRAN. Sous les conditions de hautes températures, certaines pièces aéronautiques subissent des chargements sévères nécessitant de prendre en compte la propagation de fissures de fatigue pour optimiser le dimensionnement et la sécurité des pièces. L’intensité des chargements et des températures provoquent une forte plastification dans la zone de propagation de fissures. Le matériau de l’étude est un superalliage à base de Cobalt, le HAYNES® 188, utilisé principalement pour les chambres de combustion aéronautiques. Cette étude consiste à caractériser expérimentalement la propagation de fissure en fatigue oligocyclique sous sollicitations biaxiales. La conception d’un essai original de propagation de fissure à haute température est développée pour des chargements biaxiaux coplanaires. Un inducteur de type pancake a été conçu afin de réduire le gradient thermique dans la zone centrale de l’éprouvette. Ce dispositif a été utilisé pour construire une étude approfondie d’essais biaxiaux dans les conditions de fatigue oligocyclique à haute température. Les mesures des champs de température par thermographie infra-rouge et une méthodologie expérimentale ont ainsi été mises en place afin d’appréhender au mieux les conditions de propagation de fissure. La détermination expérimentale des vitesses de propagation de fissures est l’un des objectifs majeurs de l’étude. Les essais ont été modélisés à l’aide de calculs par éléments finis. Un post-processeur, sans insertion de fissure, a permis de valider un modèle macroscopique de propagation de fissure basé sur des grandeurs énergétiques. A l’aide d’outils de remaillage conforme, la propagation de fissure a été modélisée par introduction explicite de la fissure observée expérimentalement. Cette démarche a permis d’analyser les grandeurs mécaniques pilotant la propagation de fissure de fatigue sous les conditions de plasticité étendue à haute température, afin d’établir des outils de modélisation 3D de propagation de fissure explicite.
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tel-02515963 , version 1 (23-03-2020)
tel-02515963 , version 2 (23-03-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02515963 , version 2

Cite

Mariem Trabelsi. Propagation de fissures en fatigue oligocyclique multiaxiale à haute température pour le superalliage HAYNES® 188. Matériaux. Université Paris sciences et lettres, 2019. Français. ⟨NNT : 2019PSLEM952⟩. ⟨tel-02515963v2⟩
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