Fast determination of fatigue properties of metals during fatigue tests at 20kHz by using in situ time-resolved X-ray diffraction. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2022

Fast determination of fatigue properties of metals during fatigue tests at 20kHz by using in situ time-resolved X-ray diffraction.

Détermination rapide des propriétés en fatigue des matériaux métalliques sollicités en fatigue à 20kHz en utilisant la diffraction des rayons X résolue en temps.

Abstract

The objective of this thesis is to develop a methodology to determine fast the fatigue properties of materials, from the evolution of the stored energy with respect to the stress amplitude and number of cycles applied. This evolution is estimated during fatigue tests conducted at high frequency and for very high number of cycles. The understanding of the link between the evolution of stored energy and the activation of fatigue damage mechanisms would help to improve the credibility of the methodology.The stored energy is estimated by establishing an energy balance from the difference between the mechanical work that is brought to the specimen and the energy that is dissipated as heat. The mechanical work is estimated from in situ time resolved X-ray diffraction measurements and the dissipated energy from thermographic measurements. To study the very high fatigue lives, fatigue tests are conducted by using an ultrasonic fatigue machine working at 20 kHz.The results show, on the first hand, that the stored energy decreases with the number of cycles, down to reach a stabilized regime. On the other hand, the stored energy increases with the stress amplitude. In the case of copper, the evolution of the stored energy with respect to the stress amplitude is also correlated to the appearance of slip bands, which are precursors of the appearance of fatigue damage.Keywords : Very high cycle fatigue, Ultrasonic fatigue machine, Energetic balance, Mechanical work, In situ time-resolved X-ray diffraction, Dissipated energy, Infrared thermography, Copper single crystal, C70 pearlitic steel.
L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de détermination rapide des propriétés des matériaux en fatigue, à partir de l’évolution de l’énergie stockée en fonction de l’amplitude de contrainte et du nombre de cycles appliqués. Cette évolution est estimée pendant des essais de fatigue menés à haute fréquence et pour des très grands nombres de cycles. La compréhension du lien entre l’évolution de l’énergie stockée et l’activation des mécanismes d’endommagement en fatigue permettrait de renforcer la crédibilité de la méthode.L’énergie stockée est estimée en réalisant un bilan d'énergie, qui correspond à la différence entre le travail mécanique apporté au matériau et l'énergie qu’il dissipe sous forme de chaleur. Le travail mécanique est estimé par diffraction des rayons X in situ résolue en temps et l'énergie dissipée par thermographie. Pour étudier le domaine des très grands nombres de cycles, un machine de fatigue ultrasonique fonctionnant à 20 kHz est utilisée.Les résultats des mesures montrent d'une part que l'énergie stockée décroit avec le nombre de cycles, jusqu’à atteindre un régime stabilisé et d'autre part qu'elle augmente avec l’amplitude de contrainte. Dans le cas du cuivre, l’évolution de l’énergie stockée en fonction de l’amplitude de contrainte semble également être corrélée à l’apparition de bandes de glissements, précurseurs de la formation d'endommagement en fatigue.Fatigue à très grand nombre de cycles, Machine de fatigue ultrasonique, Bilan d'énergie, travail mécanique, Diffraction des rayons X in situ résolue en temps, Energie dissipée, Thermographie infrarouge, Cuivre monocristallin, Acier C70 perlitique.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03832241 , version 1 (27-10-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03832241 , version 1

Cite

Vincent Jacquemain. Fast determination of fatigue properties of metals during fatigue tests at 20kHz by using in situ time-resolved X-ray diffraction.. Mechanics of materials [physics.class-ph]. HESAM Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022HESAE050⟩. ⟨tel-03832241⟩
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