Le travail de thèse porte sur l’étude des phénomènes de l'absorption d'une onde de choc par un matériau granulaire, de l’impact balistique dans un matériau granulaire, et de l’impact balistique sur un tissu. Afin d'évaluer l'absorption d'une onde de choc par un matériau granulaire, un dispositif expérimental a été conçu, qui permet d'évaluer à la fois la pression incidente et réfléchie, et la déflexion et l'accélération d'une plaque de référence, en fonction du temps. Le comportement du système étudié est décrit par un modèle masse-ressort-amortisseur à un degré de liberté.La performance balistique d'un granulat, soumis à l'impact d'un projectile sphérique, est étudiée sur la base de l'évolution de la vitesse de la bille dans le matériau. L'impact dans le matériau granulaire peut être considéré comme un impact hydrodynamique. Au niveau de l'étude numérique, deux approches sont utilisées pour l'application de la sollicitation sur le matériau granulaire : application directe de la pression de l'onde de choc, et propagation de l'onde dans un domaine Eulérien. De même, pour le granulat, plusieurs modèles de comportement sont étudiés. Dans le modèle numérique, le matériau granulaire est modélisé par un matériau équivalent homogénéisé. Un protocole expérimental spécifique a été développé en vue de la mesure continue de la vitesse d'un projectile lors de l'impact sur un tissu. La confrontation entre les résultats expérimentaux et un modèle analytique sur la base du principe de la conservation de quantité de mouvement, démontre que le modèle analytique simple est capable de décrire l'évolution de la vitesse pendant la première phase après l'impact. / This thesis deals with the absorption of shock wave energy by a granular material, and with the study of ballistic impact in fabrics and granular materials. For the assessment of shock wave absorption by a granular material, a test set-up was developed. This set-up allows the evaluation of incident and reflected pressure, and deflection and acceleration of a reference plate as a function of time. An analytical mass-spring-dashpot model with one degree of freedom can predict the deflection correctly. The ballistic performance of a granular material, impacted by a spherical projectile, is evaluated in terms of velocity decay through the material. The experimental results indicate that the impact can be considered as a hydrodynamic impact.In the numerical study, two approaches are used to apply the pressure on the granular material: direct application of the pressure on the sample, and propagation of the shock wave through an Eulerian domain. For the granular material, considered as homogeneous and isotropic, different models have been analysed. A new test set-up was developed for the continuous measurement of the projectile velocity during the penetration in ballistic fabric. The experimental results are compared to an analytical model, based on the conservation of momentum. It appears that the very simple analytical model describes the velocity evolution very well during the first phase after impact.

Le but de cette étude est la prédiction de la durée de vie à l'initiation de la fissure d'un contact acier/aluminium sous la sollicitation de fretting fatigue. La prédiction des durées de vie a été déterminée à l'amorçage des fissures en fonction des différents chargements appliqués. Un dispositif expérimental adapté sur un banc d'essai multiaxial de fatigue a été mis au point. Des essais ont été réalisés sur un alliage d’aluminium de la série 6082T6. Les résultats obtenus montrent un abattement de la durée de vie par rapport à la fatigue classique. La modélisation par éléments finis a été menée en utilisant un code de calcul Abaqus. Les champs de contraintes et de déformations identifiés ont été utilisés sur différents critères de fatigue multiaxiale basés sur les plans critiques. Les résultats de la prédiction donne une sous estimation de la durée de vie en fretting fatigue. Ceci est dû aux forts gradients présents dans la zone de contact. La prédiction a été améliorée par couplage d’une méthode de champs moyens avec les critères de fatigue multiaxiale. Les estimations obtenues présentent une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Néanmoins, la taille de la zone d'élaboration optimale semble dépendre du critère de fatigue multiaxiale utilisé et des conditions de chargement appliquées. Cette zone ne semble pas être liée directement avec la microstructure pour le matériau étudié.Dans une structure les sollicitations sont variables. La démarche ci-dessus a été couplée avec deux lois d'endommagement: loi de Miner et loi dite de la contrainte endommagée pour la prédiction avec des chargements par blocs. Les prédictions obtenues sont satisfaisantes. / The purpose of this study is to predict fretting fatigue crack nucleation of a mono contact steel/aluminum at different applied loads.An experimental device was first designed and adapted on a multiaxial fatigue apparatus. Tests were conducted aluminum alloy at constant amplitude loading under both different load levels and load ratios. As expected, the fretting fatigue life was found lower compared to uniaxial fatigue under the same loading conditions. Finite element analysis was conducted using \textit{Abaqus} software. The computed stress and strain fields were used to estimate the parameters of different multiaxial fatigue criteria based on the critical plane approach. When using stress and strain values corresponding to the material point exhibiting the maximum value of the considered parameter, we have found that, whatever the multiaxial fatigue parameter, conservative fatigue life estimates due to the severe gradients in the contact zone. An averaging method of the mechanical quantities over a given reference volume was then used to attenuate these gradients effects. The estimates show a good correlation with experimental results. However, the size of the reference volume depends on both the multiaxial fatigue criteria and on loading conditions applied. So that it could not be directly linked to the grain size for the material studied. Finally, we made an attempt to extend these criteria and the developed method to variable loadings. Fretting fatigue tests using two and four blocks loadings were performed and the previous criteria were coupled with two damage laws. The estimates we have obtained seems very promising.

Les propriétés mécaniques (dureté et module d’élasticité) peuvent s’étudier à différentes échelles en fonction de la composition et de la microstructure des matériaux (nombre de phases, répartition des constituants, diamètre des grains…). Dans ce travail nous étudions ces comportements aux échelles nano, micro et macroscopiques, grâce à une gamme d’appareils expérimentaux en indentation instrumentée qui permettent d’appliquer des forces variant de 1 mN à 2,5 kN et de provoquer des enfoncements mesurables de 10 nm à 3 mm. Une première partie consiste à optimiser les conditions expérimentales, dépouiller et interpréter les données en suivant une démarche métrologique rigoureuse, dans le but d’effectuer le raccordement entre les résultats obtenus aux trois échelles de mesure étudiées. Ces essais sont effectués sur des matériaux métalliques industriels mais suffisamment homogènes (aciers et alliage d’aluminium). Nous proposons par exemple une méthode alternative à celle d’Oliver et Pharr pour estimer le module d’élasticité à partir de la courbe de décharge en indentation. Cette méthodologie est ensuite appliquée à l’étude du comportement sous indentation d’un matériau composite, hautement hétérogène, utilisé pour la fabrication de semelles de freinage dans le domaine ferroviaire. Les données obtenues (répartition spatiale en surface et en volume de la dureté et des modules d’élasticité) sont destinées à être utilisées dans les modèles simulant le bruit de crissement au freinage, afin d’en atténuer les effets. / The mechanical properties (hardness and elastic modulus) can be studied at different scales as a function of the composition and microstructure of materials (number of phases, constituent distribution, grain size…). In this work, we studied this mechanical response at the nano, micro and macroscopic scales, through different instruments that allow to apply loads ranging from 20 mN up to 2 kN generating penetrations depths between 100 nm up to 2.5 mm. The first stage consisted in the improvement of the experimental conditions, developing and interpreting the experimental data, following a rigorous metrological methodology, in order to achieve the connection between the results obtained at the three studied scales. These tests were performed in metallic industrial materials, which are sufficiently homogeneous at the tested penetration depths (steels and aluminum alloy). For example, we had proposed an alternative approach to the Oliver and Pharr method to fit the unloading curve to estimate the elastic modulus. Afterwards, this methodology is applied to the study of the response obtained by indentation in a composite material, which is highly heterogeneous, used in the fabrication of brake pads in the railway industry. The obtained results (spatial distribution on the surface and through the volume of hardness and elastic modulus) are going to be valuables in the applications of models to study the squeal noise during braking, looking to reduce its effects.

L'objectif de cette thèse est l’implémentation d'algorithmes d'optimisation pour l'identification du comportement mécanique des matériaux. Ces outils sont considérés ici pour automatiser la recherche des paramètres des lois mécaniques implémentés dans un calcul en éléments finis (EF) et diminuer le nombre de calculs nécessaires pour résoudre le problème d’identification. La base de données expérimentale comprend des réponses mécaniques en flexion et en indentation instrumentée qui sont utilisés pour l’identification du comportement d’un biocomposite et d'une variété de métaux. Plusieurs approches d’optimisation ont été développées comprenant des méthodes déterministes, hybrides et stochastiques. Ces méthodes sont évaluées en termes d'efficacité, coût de calcul et précision de l’approche. Le couplage EF-outil d'optimisation s'est avéré efficace et incontournable pour prédire le comportement des matériaux étudiés notamment quand il s'agit d'un essai local. / The objective of this work is to implement optimization algorithms for the identification of the mechanical behavior of materials. The tools developed here are intended to automatic search of mechanical parameters that represent variables in a constitutive law implemented in Finite Element (FE) models. The advantage of the implemented tools is the reduction of computational time needed to solve the identification problem. The experimental database includes a variety of mechanical responses in bending and instrumented indentation that are used for the identification the behavior of a biocomposite and a variety of metals. Several optimization approaches are developed in the work including deterministic, stochastic and hybrid methods. These methods are evaluated in terms of efficiency; calculation costs and accuracy. The coupling FE-optimization tool proved to be effective and essential to predict the behavior of the studied materials, especially for instrument indentation.

Le travail de thèse porte sur l’étude du phénomène d’impact balistique dans le cas d’un tissu 2D et 3D avec 3 approches : numérique, expérimentale et analytique. Un protocole expérimental spécifique a été développé pour réaliser des essais dynamiques sur un fil en utilisant des moyens de suivi avec des systèmes d’acquisition rapide. Les essais balistiques ont été effectués à l’aide d’une instrumentation permettant le suivi de la vitesse du projectile et la déformation du tissu. 2 modèles numériques ont été utilisés : macroscopique et mésoscopique. Le modèle macroscopique du tissu 2D permet une prédiction sommaire des paramètres d’impact. Pour mieux mettre en évidence les interactions entre les fils d’un tissu 2D, un modèle mésoscopique, utilisant des éléments coques, a été développé. La confrontation des résultats numériques obtenus avec les données expérimentales démontre la robustesse du modèle mésoscopique puisque le phénomène des contacts fil/fil et projectiles/fils peut être analysé. Par ailleurs, dans un souci d’optimisation de temps de calcul, une combinaison entre les modèles mésoscopique et macroscopique a permis le développement d’un modèle multi échelle méso-macro. Un outil numérique est développé afin de modéliser géométriquement un tissu 3D. Ce modèle permet d’étudier les effets des frottements et des bords sur un tissu 3D soumis à un impact balistique. Un modèle analytique a été élaboré en prenant en compte les réflexions des ondes de déformation sur les fils pendant l’impact d’un tissu multi-couches. Ce modèle permet de prédire d’une façon continue l’évolution de plusieurs paramètres décrivant l’impact. / This thesis deals with the study of ballistic impact in the case of 2D and 3D fabrics using 3 approaches: numerical, experimental and analytical to improve the body armour protection. A totally new specific experimental protocol was developed for dynamic testing on yarn by using monitoring systems with fast acquisition. Ballistic tests were performed using a gas gun with instrumentation for monitoring projectile velocity and deformation of fabric. Two numerical models were used: macroscopic and mesoscopic models. Indeed, the macroscopic model, which considers 2D fabric as a homogeneous plate, allows a summary prediction of various impact parameters as: residual velocity, impact energies, deformation pyramid. To describe better interactions between yarns in a 2D fabric, a mesoscopic model was developed using shell elements. Comparisons between results obtained by both models and experimental data have demonstrated the modelling robustness at the mesoscopic scale since yarn/yarn and projectile/yarn contacts can be analyzed. Furthermore, in order to optimize computation time, a combination of mesoscopic and macroscopic models has allowed creating a multi-scale model distinguishing between different working areas of fabric during impact. A new numerical tool has been developed to model geometrically 3D fabrics taking into account yarns cross section. This model allows studying the effects of frictions and boundary conditions of a 3D fabric subjected to ballistic impact.In addition, an analytical model was carried out taking into account reflections of strain waves on yarns in the case of impact of a multi-layer fabric. This model predicts continuous evolutions of several parameters describing the impact.

Cette thèse s’inscrit dans une démarche originale pour les matériaux composites stratifiés (verre/époxy) consistant à développer des protocoles expérimentaux adaptés aux essais de fatigue classique et aux essais d’auto-échauffement multiaxiaux pour trois types de sollicitations: Traction, cisaillement pur et traction-cisaillement combinés via un montage Arcan. Ces protocoles permettent de traiter des bilans locaux d’énergie et s’appuient sur des techniques d’imagerie qualitative et quantitative, en combinant deux techniques d’imagerie: la première technique concerne la thermographie infrarouge par La méthode de lissage 2D permettant d’étudier séparément les effets dissipatifs, et les effets thermoplastiques. Les effets dissipatifs sont les responsable de l’endommagement par fatigue de la structure. La corrélation d’images digitales a permis d’accéder aux champs cinématiques pour pouvoir estimer l’énergie de déformation localement mise en jeu sur un cycle de chargement, et de la comparer à l’énergie dissipée. Une étude qualitative a été faite sous tomographe pour caractériser les mécanismes de d’endommagement suite à un essai de fatigue pour les trois types de sollicitation. / In this thesis the original approach for laminated composite materials (glass / epoxy) of developing experimental protocols adapted to test conventional fatigue and self-heating tests in multiaxial for three types of loading: traction, pure shear and combined tensile shear using Arcan mounting. This method has been adapted to rapid determination of damage threshold of laminate composites. These protocols allow to deal with local energy balance and are based on qualitative and quantitative image processing techniques. It combines two image processing techniques: Infrared thermography method and digital image correlation. The Infrared thermography method through 2D smoothing allowsstudying separately dissipative effects which are related to for fatigue damage of the structure and thermoelastic effects accompanying self-heating tests. While the digital image correlation gives access to kinematic fields and estimation of the strain energy locally into play on a loading cycle, and compare it to the energy dissipated. A qualitative study was made under tomography to characterize the mechanisms of damage during fatigue testing for the three types of stress.

L'évaluation des propriétés mécaniques des matériaux par essais d’indentation instrumentée (IIT) a été largement étudiée ces dernières années. L'objectif de ce travail est de développer une méthodologie pour analyser le comportement mécanique des matériaux à partir des données obtenues par indentation multicyclique à une échelle microscopique de manière à limiter les problèmes liés à l’hétérogénéité des matériaux et à augmenter le nombre de données pour l’étude des revêtements épais que seule l’analyse nanométrique ne permet pas de fournir dans le cas de revêtements hétérogènes. Pour valider notre approche, nous étudions la dureté et le module d'élasticité de matériaux massifs homogènes (aciers au carbone), de revêtement épais hétérogène (hydroxyapatite), et de revêtement bicouche (Nickel-Phosphore). L’étude des matériaux massifs homogènes nous a permis, tout d’abord, de valider la méthodologie. Nous proposons également un modèle pour estimer la dureté et le module d’élasticité des revêtements d’hydroxyapatite en considérant la compaction du matériau pendant l’indentation. D’autre part, nous proposons de relier la dureté et le module d'élasticité à la fraction volumique de cristallinité. Enfin, à partir de l’indentation multicyclique effectuée sur le revêtement Ni-P bicouche, nous proposons un modèle pour évaluer le module d'élasticité de chaque couche à partir de l’expression de l'inverse de la raideur de contact en fonction de l’aire de contact proposée initialement pour un monocouche par Tricoteaux que nous couplons également à une approche multicouche basée sur le modèle de Korsunsky. / The assessment of mechanical properties of materials by instrumented indentation tests (IIT) have been widely performed in last years. The objective of this work is to develop a methodology to analyze the mechanical behavior of materials from the data obtained by a continuous multicycle indentation test at the microscale of loads so as to limit the problems associated with the heterogeneity of the materials and to increase the amount of data for the study of thick coatings that only nanoscale analysis does not provide in the case of heterogeneous coatings. To validate our approach, it was study the hardness and the elastic modulus of homogeneous bulk materials (carbon steels), heterogeneous dense coating (hydroxyapatite), and a two-layer coating material (Nickel-Phosphorus). The study of homogeneous bulk materials allowed us, first, to validate the methodology. It is also proposed a model to estimate the hardness and elastic modulus of hydroxyapatite coatings considering the compaction of the material during the indentation process. Second, it is proposed to associate the hardness and elastic modulus to the volume fraction of crystallinity. Finally, from the multicycle indentation tests performed on the electroless Ni-P bilayer coating, a new approach is advanced to assess the elastic modulus of each layer from the expression of the reciprocal of the contact stiffness as function of the contact area originally proposed by Tricoteaux for a monolayer system, but now linked to a multilayer model based on the weight function suggested by Korsunsky.

L'évaluation du dommage et de l'intégrité des véhicules et des structures ont fait l'objet d'une attention de plus en plus importante au cours des dernières années. La connaissance précise des paramètres dynamiques de rupture est essentielle pour la conception sécuritaire des composants. La configuration de flexion trois points des barres d’Hopkinson a été adoptée pour mesurer la ténacité dynamique. Une étude de ce dispositif est présentée à partir d'un dialogue expérimental/analytique/numérique. Plusieurs aspects importants sont abordés. Notamment, l’évolution de la force transmise des barres à l'éprouvette et son impact sur le Facteur d’Intensité de Contraintes (FIC) au cours de l'essai. Une nouvelle approche a été proposée concernant le transfert des données expérimentales au modèle Eléments Finis afin de calculer le FIC critique. Cette méthode est basée sur une approche de type vitesse. La méthode proposée a été validée sur un composite tissé carbone-époxy dont le comportement est isotrope transverse. Une formulation simplifiée a été proposée pour traiter ce type de matériau. Dans l’objectif de rechercher un indicateur de dommage par fatigue, plusieurs essais ont été réalisées sur l'acier AISI 304 soudés. Les mesures ont été effectuées sur des éprouvettes ayant subies différents taux de dommage par fatigue. Les résultats sont assez intéressant et confirme la possibilité de considérer la ténacité dynamique comme un indicateur de dommage, sous un certain nombre de conditions. / Damage evaluation and safety assessment of the structural integrity of vehicles and civil structures have been subject of increased attention in recent years. Nowadays the precise knowledge of dynamic fracture parameters is essential for safe design of components. The special arrangement of Three Point Bending Split Hopkinson Bar has been adopted as a convenient means of measuring the dynamic fracture toughness. In this work, an analysis of this arrangement is presented by means of Finite Element Analysis whose results are compared with the theoretical background and the experimental results. A number of important aspects are approached. Among them, the history of the mechanical force actually transmitted from the bars to the specimen and the evolution of the dynamic Stress Intensity Factor (SIF) during the tests. Instead of obtaining the force, the velocity on the bar’s end is proposed to feed the Finite Element model. Experimentally, the arrangement is used to measure the dynamic fracture toughness of AISI 304 TIG welding specimens. The results of a number of fatigue damage-free specimens are compared with those of specimens previously subject to fatigue damage. The technique is also used to measure the dynamic fracture toughness of a carbon-epoxy woven composite material, considered as transversely isotropic media. Simplified formulae to obtain this parameter compared with isotropic materials are proposed along with the precise follow of the SIF evolution during the tests.

Θέμα της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη του φαινομένου απομείωσης της στατικής αντοχής των συνθέτων υλικών (FRP) λόγω κόπωσης και η εφαρμογή των αποτελεσμάτων σε διαδικασίες δομικού σχεδιασμού. Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται διάφορα δημοσιευμένα φαινομενολογικά πρότυπα εναπομένουσας αντοχής, μερικά των οποίων έχουν τροποποιηθεί για να γενικευθούν οι προβλέψεις τους, καθώς και μια νέα μεθοδολογία για παραγωγή προβλέψεων εναπομένουσας αντοχής συγκεκριμένης αξιοπιστίας. Τα πρότυπα αυτά εφαρμόζονται τόσο σε νέα όσο και σε δημοσιευμένα πειραματικά δεδομένα, που αφορούν ένα μεγάλο εύρος συνθέτων υλικών και διαστρωματώσεων. Οι διαδικασίες για την εφαρμογή κάθε προτύπου επιλέγονται με βάση την απλότητα και την ευκολία στην υλοποίηση, έτσι ώστε να μην απαιτείται μεγάλος αριθμός πειραματικών δεδομένων για την εφαρμογή τους. Οι προβλέψεις των προτύπων, τόσο όσον αφορά τις ντετερμινιστικές καμπύλες απομείωσης της στατικής αντοχής όσο και την πρόβλεψη των στατιστικών χαρακτηριστικών της εναπομένουσας αντοχής, αξιολογούνται με στόχο την επιλογή συγκεκριμένων διαδικασιών, εφαρμόσιμων στον σχεδιασμό κατασκευών από σύνθετα υλικά που υφίστανται κοπωτικά φορτία. Μετά την επιλογή ενός αριθμού αξιόπιστων προτύπων από αυτά που παρουσιάστηκαν στο πρώτο μέρος της διατριβής, η εναπομένουσα αντοχή ενσωματώνεται σε μεθοδολογίες πρόβλεψης κοπωτικής ζωής υπό κυκλικά φορτία μεταβλητού εύρους τάσης, Variable Amplitude (VA). Η επίδραση καθενός από τα αυτόνομα στάδια που συνθέτουν τέτοιες μεθοδολογίες, δηλαδή η μέθοδος μέτρησης κύκλων (Cycle Counting) και το διάγραμμα σταθερής ζωής (Constant Life Diagram, CLD), εξετάζεται λεπτομερώς παράλληλα με το ενδεχόμενο αντικατάστασης του κανόνα Palmgren-Miner, σαν μέτρο συσσώρευσης βλάβης, από μεθόδους που βασίζονται στην εναπομένουσα αντοχή. Οι παραγόμενες προβλέψεις αξιολογούνται μέσω πειραμάτων σε πολύστρωτες διατάξεις [04]T και [±45]S υπό την επίδραση τριών διαφορετικών κοπωτικών φασμάτων που έχουν προκύψει είτε μέσω της επεξεργασίας μετρήσεων φόρτισης πτερυγίων σε λειτουργία (WISPER και NEW WISPER) είτε από αριθμητική αερο-ελαστική προσομοίωση (MWIND). Το τελευταίο βήμα περιλαμβάνει τη συμβολή στην ανάπτυξη και υλοποίηση του αλγόριθμου FADAS (FAtigue DAmage Simulator) σε περιβάλλον MATLAB. Ο αλγόριθμος υπολογίζει την επίπεδη εντατική κατάσταση που αναπτύσσεται σε κάθε στρώση της πλάκας κατά την κόπωση, μέσω θεωρίας πολυστρώτων πλακών (Classical Lamination Theory, CLT), προσομοιώνει την υποβάθμιση της αντοχής και της δυσκαμψίας και εφαρμόζει αρχές προοδευτικής βλάβης (progressive damage), βάσει του κριτηρίου αστοχίας του Puck, για την πρόβλεψη της αστοχίας πολυστρώτων διατάξεων υπό οποιαδήποτε κοπωτική φόρτιση. Προβλέψεις του αλγόριθμου FADAS, μετά την ρύθμιση των παραμέτρων βάσει του υλικού αναφοράς, συγκρίνονται με πειράματα κόπωσης σταθερού εύρους πάνω σε τρεις τύπους δοκιμίων. Ο πρώτος είναι μια πολύστρωτη διάταξη [(±45/0)4/±45]T υπό κόπωση σε λόγο τάσεων R=0.1 και R=-1 και οι άλλοι δύο είναι δοκίμια κομμένα υπό γωνία 10° και 60° από την ίδια πολύστρωτη, που υποβάλλονται σε εναλλασσόμενη κόπωση (R=-1), έτσι ώστε ο αλγόριθμος να αξιολογηθεί για διάφορους συνδυασμούς επιβαλλόμενων φορτίσεων και τύπων βλάβης (damage modes). / Subject of this dissertation is the investigation of the static strength degradation phenomenon caused by fatigue in FRP composite materials and its integration to structural design procedures. In the first part of the study, several phenomenological residual strength models from literature, some of them modified to enhance their performance, along with a newly proposed methodology for reliability based residual strength prediction, are implemented to both the experimental data produced as well as to published data referring to a wider range of materials and lay-ups. The implementation procedures proposed are oriented towards simplicity and minimization of the required experimental effort. Models predictions, regarding both deterministic strength degradation behavior and statistical characteristics of residual strength, are assessed in order to clarify the predictive ability of each method and propose specific engineering solutions for the prediction of residual strength after fatigue. Once concluded on a number of efficient engineering models, in the second part of this work, residual strength is integrated in life and residual strength prediction methodologies. As a first step, fatigue life prediction of macroscopically studied composite laminates under variable amplitude (VA) loading is attempted. The effect of each module of the state-of-the-art life prediction schemes, i.e. the counting method and constant life diagram (CLD) is investigated along with the possible benefits from incorporating residual strength as damage accumulation metric instead of the commonly used Palmgren-Miner rule. Predictions are evaluated through tests performed on [04]T and [±45]S laminates of the reference material, under three different loading spectra extracted either from processing strain measurements on operating Wind Turbine Rotor Blades (WISPER and NEW WISPER) or from aero-elastic simulations (MWIND). As a subsequent step, the FADAS (FAtigue DAmage Simulator) life prediction methodology is developed and implemented in computer code. The algorithm, takes into account the plane stress conditions developing into each ply during fatigue by means of classical lamination theory, models the ply-by-ply degradation of strength and stiffness and implements progressive damage principles, based on Puck failure criterion, to predict failure of a laminate after arbitrary cyclic loading. Predictions of the FADAS algorithm, once its parameters are tuned accordingly for the reference UD material, are compared with constant amplitude (CA) fatigue tests performed on three types of specimens: The first consist of a multidirectional (MD) laminate of [(±45/0)4,±45]T lay-up under R=0.1 and R=-1 cyclic loads and the other two are 10° and 60° off-axis coupons cut from the same laminate under R=-1, in an effort to validate the algorithm under various combinations of imposed stresses and induced damage modes.

Le chapitre 9 de L'Eurocode 3 est le moyen le plus utilisé par les ingénieurs pour prédire la durée de vie des joints soudés, mais ce code ne donne qu'une seule courbe de résistance en fatigue pour chaque type de joint soudé, quel que soit l'acier utilisé. La résistance à la fatigue des assemblages soudés est particulièrement sensible à la géométrie du cordon déposé, ainsi qu'aux champs de contraintes introduits, soit par le procédé de soudage, soit par les défauts microscopiques inclus dans le soudage. Nous avons donc besoin d'une méthode locale telle la méthode volumétrique, qui a donné de bons résultats en fatigue, pour déterminer la contrainte effective dans la zone plastifiée à côté du cordon de soudure. Une étude numérique est réalisée sur un caisson soudé. La distribution et le gradient de contrainte permettent de calculer la contrainte effective. Les résultats numériques, comparés aux résultats expérimentaux, ont validé la méthode volumétrique sur ce type de structures soudées / The Chapter 9 of Eurocode 3 is one of the most widely adapted codes for fatigue life prediction of welded joints, the drawback of this code being the single curve fatigue strength for each type of welded joint produced regardless of the type of steel used. The fatigue strength of welded joints is particularly sensitive to the geometry of the weld bead and the stress fields which could potentially be introduced by the welding process or by other microscopic defects introduced by the welding. In this study the volumetric method, which has proven its validity in the study of fatigue, has been used to determine the effective stress in the plastic zone near the weld bead. Numerical simulations have been performed on a welded box to determine the stress distribution and gradient which would allow proper calculation of the effective stress. Both numerical simulations and experimental results support the validity of the volumetric method for such type of welded structures