Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le travail de cette thèse consiste à établir une modélisation analytique pour prédire la durée de vie des structures fissurées après une phase de réparation par élimination de la singularité de la fissure : technique de perçage ou du meulage. L’approche utilisée dans cette étude stipule que l’ensemble « fissure/trou » peut être modélisé par un défaut semi-elliptique. La prédiction de la durée de vie est basée sur une méthode permettant de déterminer le nombre de cycles correspondant à l’amorçage d’une fissure de fatigue basée sur un couplage des méthodes « e-N » à la théorie des fissures courtes en tenant compte de la sensibilité à l’entaille en fatigue. Trois méthodes différentes sont utilisées pour déterminer et comparer le facteur de concentration de contrainte élastique Kt : la méthode d’Inglis, la méthode de Creager-Paris et la méthode des éléments finis. Le facteur de concentration de contraintes en fatigue Kf est calculé en utilisant une approche analytique qui tient compte de l’effet de la présence d’une fissure courte en fond d’entaille. Les méthodes «e-N » utilisées dans cette étude sont Morrow élastique, Morrow élastoplastique et Smith Watson Topper. La modélisation analytique a été validée dans le cas d’une plaque en alliage d’aluminium 6082 T6, présentant une fissure de fatigue réparée par le perçage d’un trou dont le rayon est égale à : 1, 2.5 ou 3 mm. Par ailleurs, une application industrielle est traitée numériquement en 3D contenant une fissure ayant subi une réparation utilisant la technique de meulage. Il s’agit de la valve d’une centrale thermique soumise à un chargement thermomécanique. Pour tenir compte de l’effet de l’entaille et prédire la durée de vie à l’amorçage après la réparation, nous avons appliqué la méthode «e-N » couplée dont les paramètres ont été obtenus par la méthode des éléments finis. / This thesis is devoted to establishing an analytical modeling to predict the lifetime of the fissured structures after a repair per elimination of the singularity of the crack: technique of drilling or grinding. The approaches used in this paper stipulate that the unit “crack/hole” can be modelled by a semi-elliptic defect. The prediction of determining the number of cycles which correspond to the restart of a fatigue crack is based on a coupling of the methods “e-N” and the theory of the short cracks. We have used three different methods to determine and compare the elastic stress concentration factor Kt, which are the method of Inglis, the method of Creager-Paris and the method of finite element. The stress concentration factor in fatigue Kf is calculated by using an analytical approach which takes account of the effect of the short crack in bottom of notch. The methods «e-N » used in this study are Morrow elastic, Morrow elastoplastic and Smith Watson Topper. Analytical modeling was validated in the case of a plate out of aluminium alloy 6082 T6, presenting a fatigue crack repaired by the drilling of a hole whose radii is equal to: 1,2.5 or 3 mm. In addition, an industrial application is treated numerically in 3D containing a crack which has been repaired by using the technique of grinding. This valve of a thermal plant subjected to a thermomechanical loading. To take account of the notch effect and to predict the lifetime of the valve, we applied the coupled method «e-N » whose parameters were obtained by the finite element method.

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2008. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains vii, 32 p. : ill. (some col.). Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 29-31).

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 1981.

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 1998. / Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 2000. / Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 1981.

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 2003. / Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 2002. / Includes bibliographical references.

Sous l’effet des sollicitations mécaniques répétées induites par les passages des trains, on observe l’apparition de fissures de fatigue de contact dans les rails. Une fois amorcées, celles-ci peuvent se propager et mener à la rupture du rail. Dans un contexte d’intensification du trafic, l’optimisation de la politique de maintenance devient stratégique pour les entreprises du transport ferroviaire. Dans ce contexte, un modèle 3D éléments finis du contact roue/rail en courbe a été développé pour reproduire les mécanismes d’amorçage des fissures "Head Check". Ce modèle permet de simuler la sollicitation répétée du contact roue/rail. Cette modélisation a permis d’analyser l’influence de la plasticité sur la distribution de la pression de contact et sur les champs mécaniques résiduels au sein du rail au cours du chargement cyclique. Il ainsi est montré que l’actualisation du contact au cours des chargements répétés est du premier ordre. Les résultats ont permis d’identifier des zones potentielles d’amorçage de fissures de Head Check correspondant à des points matériels sur lesquels la déformation plastique s’accumule de manière considérable. En effet, on observe une correspondance entre ces orientations « accommodées » de la déformation plastique principale et l’orientation des micro-fissures amorcées sur la surface des rails ayant cumulé un faible tonnage (0-10 MGT). Ceci conforte le fait que la méthode proposée est un outil prometteur pour la simulation 3D de la fatigue du contact roue-rail. / As a result of repeated loading induced by train passages, rails are subjected to rolling contact fatigue cracks. Once initiated, cracks could propagate and lead to rail failure. In a context of increased traffic, maintenance policy optimization becomes strategic for railway companies. Thus to define an enhanced planning of maintenance, a better understanding of rail fatigue damage mechanisms is crucial. Under the circumstances, a 3D wheel-rail rolling contact finite element model has been developed in order to reproduce « Head Check » cracks initiation mechanisms. This model allows sequential repeated wheel-rail rolling contact loading. Thus this calculation procedure is used to analyze the influence of plasticity on contact pressure distribution and consequently on residual mechanical fields in the rail during cyclic loading. It is shown that contact conditions evolution during repeated loading must be considered in the first order. The results allowed the identification of potential Head Check cracks initiation zones that correspond to material points on which plastic deformation accumulates significantly. Indeed, there is a correspondence between the « accommodated » principal plastic strain directions and orientation of micro-cracks initiated on rails surface subjected to low cumulative tonnage (0-10MGT). This reinforces the fact that our proposed method is a promising tool for 3D wheel-rail rolling contact fatigue simulation.