Modélisation de la durée de vie en fatigue dans l’INCONEL 718 : compréhension et modélisation des transitions de mécanismes d’amorçage

Verrous scientifiques

Les verrous scientifiques associés aux enjeux industriels peuvent se traduire de la façon suivante :

• Compréhension du rôle des hétérogénéités microstructurales propres à l’INCONEL 718 (carbures, nitrures…) sur les mécanismes d’amorçage et de propagation des fissures de fatigue sur une large gamme de durée de vie

• Caractérisation et modélisation des variabilités associées à chacun des mécanismes mis en évidence

• Modélisation multi-échelle permettant la prévision de la réponse macroscopique globale à partir de la connaissance de chacun des mécanismes

• Caractériser et modéliser la propagation de fissures sous des conditions de chargement allant d’une sollicitation élastique à des sollicitations induisant de la plasticité

• Passage de l’éprouvette au composant : caractérisation et prise en compte de l’effet d’échelle et de l’effet de gradient

Objectifs

Différents objectifs peuvent être posés en lien avec les verrous scientifiques. Ces objectifs peuvent se décliner de la façon suivante :

• Définir une méthode robuste pour distinguer amorçage et propagation et ceci, dans un contexte de forte dispersion des données en fatigue et une variabilité des mécanismes d’amorçage

• Evaluer dans quelle mesure les approches en propagation basées sur les hypothèses de la MLER sont applicables ou non au cas plus général des essais de fatigue pour lesquels une plastification peut avoir lieu au cours du chargement cyclique. Ceci se fera dans le but d’améliorer la définition de la part relative de l’amorçage et de la propagation.

• Comprendre le lien entre le mode de chargement et la nature/localisation de l’amorçage

• Etablir un lien entre la durée de vie (et sa dispersion) et le chargement appliqué en fonction des mécanismes d’amorçage

• Proposer une stratégie de modélisation de la durée de vie en fatigue adaptée aux modes d’amorçage observés et, si possible, rendre compte de la dispersion de durée de vie en introduisant dans la modélisation de sources de variabilités d’ordre microstructural par notamment, observables par ailleurs.

Approche

Afin de répondre à ces questions, le (la) doctorant(e) sera amené(e) à :

• Réaliser différents essais mécaniques de fatigue et de propagation puis à les analyser afin de déterminer les mécanismes mis en jeu en fonction des conditions de chargement. Ces essais
permettront de caractériser la durée en de vie en fatigue d’une part et la propagation de fissure d’autre part et ce, pour différentes conditions de sollicitation

• Mettre en œuvre des essais plus spécifiques avec une instrumentation fine dans le but de détecter le plus tôt possible les premiers signes de l’amorçage et identifier la nature et la localisation de celui-ci

• Réaliser des analyses post-mortem sur les différents échantillons ainsi que des analyses métallurgiques du matériau de l’étude

• Proposer une méthode de modélisation de la durée de vie en fatigue à partir des mécanismes d’endommagement mis en évidence et confirmer la véracité de ces mécanismes notamment à l’aide de simulations numériques visant à confirmer les scénarios d’endommagement pressentis.