Calcul de durée de vie en fatigue des composants mécaniques

À la fin de ce cours, vous serez en mesure de :

• Expliquer les mécanismes qui entraînent l’endommagement par fatigue des composantes et des structures mécaniques.
• Sélectionner les méthodes d’analyse de fatigue les mieux adaptées aux conditions de chargement, au comportement des matériaux et aux exigences de conception.
• Calculer la durée de vie en fatigue pour des applications de fatigue à bas cyclage et à haut cyclage.
• Évaluer l’influence de facteurs tels que les concentrations de contraintes, la contrainte moyenne, l’état de surface, la température et l’environnement sur la performance en fatigue.
• Appliquer les principes de la fatigue et de la propagation des fissures afin de concevoir des composants plus sûrs et plus fiables.

Description

Les composantes mécaniques sont souvent soumises à des millions de cycles de chargement au cours de leur durée de vie utile. Même lorsque les contraintes appliquées demeurent inférieures à la résistance ultime du matériau, l’endommagement par fatigue peut s’accumuler progressivement et entraîner l’amorçage de fissures, leur propagation, puis la défaillance de la composante. La capacité à prédire avec précision le comportement en fatigue est essentielle pour assurer la fiabilité des équipements, maîtriser les risques et atteindre la durée de vie prévue lors de la conception.

Cette formation vous fournit une base pratique pour comprendre les mécanismes d’endommagement par fatigue et les principales approches utilisées pour prédire la durée de vie des composantes mécaniques. Vous étudierez le comportement de différents matériaux sous chargement cyclique, apprendrez à analyser des situations de fatigue à bas et à haut cyclage, et explorerez les méthodes permettant de tenir compte de facteurs réels tels que les concentrations de contraintes, les assemblages soudés, les dommages cumulatifs, les températures élevées et les chargements variables.

À l’aide d’exemples concrets et de calculs appliqués, vous développerez les compétences nécessaires pour évaluer la performance en fatigue à partir de calculs manuels ou de résultats d’analyses par éléments finis. La formation aborde également les notions fondamentales de propagation des fissures de fatigue et de mécanique de la rupture, afin de vous aider à prendre des décisions de conception, d’analyse et de gestion de l’intégrité structurale plus éclairées.

Clientèle ciblée :

• Ingénieur.e.s en conception mécanique et en analyse mécanique et structurale
• Professionnel.le.s réalisant des analyses par éléments finis (AEF) ou des évaluations de durabilité
• Consultant.e.s œuvrant dans les secteurs manufacturier, énergétique, aérospatial, industriel ou des transports
• Technologues et spécialistes techniques responsables de la fiabilité des équipements et de l’évaluation de leur durée de vie
• Étudiant.e.s aux cycles supérieurs et chercheur.euse.s en génie mécanique ou structural
• Membres des ordres professionnels souhaitant approfondir leurs compétences en analyse de fatigue et en prévision de la durée de vie des composantes

Jour I

Endommagement par fatigue

• Introduction
• Chargement cyclique
• Endommagement par fatigue

Essais de fatigue

• Limite d’endurance (pour une durée de vie de plus de 106 cycles)
• Fatigue oligocyclique (à bas cyclage)

Comportement de matériaux

• Acier
• Alliages de nickel
• Alliages d’aluminium

Méthodes de calcul des durées de vie en fatigue

• Fatigue à bas cyclage
• Contrainte / déformation
• Diagramme de fatigue ( s/e, N)
• Effet de la contrainte moyen
• Limite d’endurance
• Effet d’entaille (concentration de contraintes)
• Paramètres influents (fini de surface, sévérité de chargement, environnement...)

Exemples de calcul

• Exemple de calcul à partir d’un calcul manuel des contraintes
• Exemple de calcule à partir d’analyse par éléments finis
• Déterminer le facteur de concentration de contrainte
• État et direction de la contrainte à utiliser

Jour II

Fatigue à haut cyclage

• Méthode Goodman Johnson
• Autres méthodes
• Paramètres principaux

Exemples de calcul

• Exemple de calcul à partir d’un calcul manuel des contraintes
• Exemple de calcule à partir d’analyse par éléments finis
• Déterminer la concentration de contrainte
• État et direction de la contrainte à utiliser

Fatigue des joints soudés

• Comportement en fatigue des joints soudés
• Méthodes d’amélioration de la résistance en fatigue des joints soudés

Dommage cumulatif

• Loi de Miner
• Méthode « Rain Flow »

Fatigue à haute température

• Effet de l’environnement
• Fatigue fluage

Introduction au calcul de propagation de fissure de fatigue

• Notion de base de la mécanique de rupture
• Propagation de fissure
• Régime de Paris
• Niveau de contrainte critique
• Propagation de fissure dans une zone de concentration de contrainte