Le but de ce travail est l étude de la nocivité des défauts dans les tuyaux soumis à une pression interne. Nous nous intéressons aux problèmes des entailles externes semi-elliptiques dans des coques cylindriques. L étude, menée dans le cadre de l application de la mécanique de rupture, est abordée par une approche expérimentale et une approche numérique par éléments finis. Une étude expérimentale, est réalisée à l aide de maquettes, conçues selon les recommandations CODAP. Celles-ci, munies de défauts circonférentiel et longitudinal, sont instrumentées par des jauges extensométriques. La ténacité du matériau est déterminée par l essai Charpy. L étude numérique, des domaines élastique et élastoplastique, est basée sur l utilisation d un bloc d entaille développé et calibré pour les coques cylindriques. Dans le domaine élastique, aussi bien pour les entailles axisymétriques que semi-elliptiques, nous avons calculé les Facteurs d Intensité de Contraintes en fonction des paramètres géométriques des coques et des entailles. Les résultats sont comparés aux résultats existants dans la littérature. Dans le domaine élastoplastique, la méthode volumétrique est utilisée pour déterminer le Facteur d Intensité de Contraintes d entailles, pour une entaille longitudinale et circonférentielle. Le calcul de la contrainte T, par éléments finis, dans le cas de défauts longitudinal et circonférentiel, montre que cette contrainte est de compression, justifiant physiquement une propagation stable / The aim of work is the study of pipes with hazardous defects under internal pressure. The problems semi-elliptic external notches in cylindrical shells are considered. The study is undertaken within the frame of fracture mechanics approaches both an experimental and numerical with using the finite elements method. The experimental study is curried out on the model pipe-like specimens, which were designed according to the CODAP recommendations. The measurement of local deformation around the notch area both circumferential and longitudinal direction was done by the gauge-extensometers. The fracture toughness of material was received from the Charpy tests. The numerical study is devoted to determination of the elastic and elastic-plastic stress fields at the notches in cylindrical shells. For case of elastic field, the stress intensity factors were calculated for the axes-symmetric and semi-elliptic notches according to their geometrical parameters and size of shells. The received results have been compared with the existed data in literature. For case of elastic-plastic field, the volumetric method is used to determine the notch stress intensity factor at the bottom of the longitudinal and circumferential notches. The calculation of the T-stress by finite elements method showed that this stress is stress of compression in the case both longitudinal and circumferential defects

Les divers composants d'un réacteur d'avion sont soumis à des chargements de fatigue mécaniques et thermiques fortement variables. Afin de prédire au mieux leurs durées de vie, il est alors nécessaire de prendre en compte l'ensemble de ces variations. Pour ce faire, un modèle représentant de façon incrémentale l'évolution de la plasticité en pointe de fissure a été développé. Celui-ci permet de prédire la vitesse de propagation d'une fissure tout en prenant en compte les effets d'histoire provenant de la plasticité produite lors de surcharges ou de sous-charges. Dans cette étude, ce modèle condensé de plasticité a été exprimé plus simplement à partir du facteur d'intensité des contraintes et l'identification automatisée de ses divers paramètres a été redéveloppée. Dans ce but, un essai de fissuration stable a été conçu pour déterminer simplement le seuil de non-propagation du matériau. Par ailleurs, les éventuelles fissures se propageant dans un composant sont en général amorcées en surface à partir de chocs ou de rayures. Ces fissures passent la majeure partie de leur vie dans un régime de propagation de fissure courte, différant de celui d'une fissure longue. En effet, à facteur d'intensité des contraintes équivalent, une fissure courte se propagera plus rapidement qu'une fissure longue. La prise en compte de ce comportement dans la prédiction de durée de vie est donc primordiale. En outre, il a été observé qu'une fissure longue subissant une contrainte T négative se propage de façon analogue à une fissure courte. Il a donc été choisi de développer un nouveau modèle adapté aux fissures courtes en prenant en compte l'influence de la contrainte T sur la vitesse de propagation. Enfin, à partir des essais de fissuration stable, un protocole a été développé pour réaliser des éprouvettes comportant fissure courte. Une campagne d'essais multiaxiaux pour différentes valeurs de contrainte T a été menée en régime permanent et transitoire afin d'étudier les similitudes entre effet de fissure courte et influence de la contrainte T. / The various components of an aircraft engine undergo strong changes in mechanical and thermal fatigue loadings. All these variations must be taken into account in order to anticipate the components' total fatigue life to the best. An incremental model showing the changes in plasticity at the crack tip has therefore been developed. It allows us to foresee the crack growth rate with history effects by modelling the plastic behaviour produced when overloads or underloads occur. In this study, the plasticity condensed model has been represented in an easier way, using the stress intensity factor and the automated identification of its parameters has been redeveloped. A stable crack growth test has been designed to determine easily the fatigue crack growth threshold of the material. Cracks usually grow from scratches or impacts on the surface of the component. These cracks spend much of their fatigue life growing with a short crack behaviour, differing from the long crack one. As a matter of fact, a short crack grows faster than a long crack for a same stress intensity factor. This behaviour must therefore be taken into account while modelling the crack growth to accurately predict the total fatigue life of the component. It appeared furthermore that a long crack undergoing a negative T-stress grows the same way as a short crack. It has consequently been chosen to develop a short crack growth model using the influence of T-stress on the crack growth rate. Finally, using the stable crack growth specimens, an experimental protocol has been designed to produce new specimens containing a short crack. A multiaxial tests campaign was carried out for various values of T-stress in permanent and transitional regimes in order to compare short crack and T-stress effects.

La plupart des pièces industrielles sont soumises à des chargements multiaxiaux à amplitude variable. La connaissance de la durée de vie résiduelle d'une pièce fissurée, nécessite des modèles de propagation capables de prendre en compte ces deux aspects.<br />Les objectifs de la thèse portent, d'une part, sur l'application d'un modèle incrémental pour simuler la fissuration par fatigue des roues de train sous chargement à amplitude variable, et d'autre part, sur l'enrichissement de ce modèle pour prendre en compte la compression, la contrainte T et la forme semi-elliptique des fissures.<br />Le modèle incrémental repose sur l'idée qu'en fatigue à grand nombre de cycle, l'avancée instantanée d'une fissure est proportionnelle à l'émoussement plastique de sa pointe. Les équations d'évolution de l'émoussement plastique sont déterminées par Eléments Finis à partir du comportement élastoplastique de la structure fissurée. Deux essais sont nécessaires pour identifier les paramètres du modèle, un essai de comportement élastoplastique cyclique du matériau et un essai de fissuration en fatigue à amplitude constante. Les calcul de propagation ont montré que le modèle reproduit fidèlement tout les phénomènes observés en fatigue à amplitude variable : retard après surcharge, accélération après souscharge, interaction entre cycles et histoire de chargement pour les signaux complexe. La compression et la contrainte T ont été ensuite intégrée dans le modèle et validées grâce à des essais de fissuration réalisés sur des éprouvettes prélevées dans une roue de TGV. Enfin le modèle a été étendu en 3D, des essais de fissuration sur fissure semi-elliptique ont été menés sur éprouvettes de flexion 4 points et sur roues à l'échelle 1, l'accord avec les prédictions du modèle est satisfaisant.