Dans cette étude, nous évaluons la résistance à la fatigue thermique du Superwaspaloy et modélisons son endommagement sous de telles sollicitations afin de fournir au partenaire industriel (SEP) des “outils” permettant d'évaluer la durée de vie des aubes des turbopompes du moteur VULCAIN. L'endommagement du Superwaspaloy est d'abord étudié en considérant un élément de volume critique soumis à différents chargements mécanothermiques. L'endurance du matériau est discutée en rendant compte de l'influence de divers paramètres : type de sollicitation, température d'essai, fréquence de sollicitation, environnement. A partir des observations micrographiques, nous identifions les mécanismes d'endommagement et expliquons leur dépendance des paramètres de sollicitation. La comparaison des résultats de fatigue oligocyclique isotherme et anisotherme nous permet de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu en fatigue anisotherme et de dégager quelques tendances pour modéliser la durée de vie. Le Superwaspaloy est ensuite étudié en fatigue thermique sur un banc de fatigue thermique de conception originale. Nous exposons les résultats obtenus pour deux géométries d'éprouvette en insistant sur les mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures. Sur la base d'observations métallographiques, nous proposons une description de l'endommagement du matériau dans le cas de sollicitations thermiques cycliques. Enfin, nous exposons la modélisation de l'endommagement du Superwaspaloy en fatigue thermique. Nous proposons deux modèles basés sur la mécanique de l'endommagement pour décrire la durée de vie des éprouvettes de fatigue thermique. Le premier repose sur la théorie de la variable interne du dommage au sens de Chaboche, et évalue la ruine des éprouvettes en considéra nt le cumul des dommages de fatigue et de fluage. Le second décrit l'avancée d'une fissure par la ruine d'un élément microstructural sous l'interaction des dommages de fatigue, de fluage et d'oxydation. Ces deux modèles sont identifiés et testés à l'aide des résultats obtenus en fatigue oligocyclique isotherme et anisotherme. Finalement, ils sont appliqués aux structures de fatigue thermique pour vérifier leur aptitude à évaluer l'endommagement du matériau.

Les méthodes de calcul en fatigue à grande durée de vie sont en cours de développement depuis des décennies et sont utilisées par les ingénieurs pour dimensionner les structures. Généralement, ces méthodes se basent sur la mise en équations de quantités mécaniques calculées à l'échelle macroscopique ou mésoscopique. Les critères de fatigue multiaxiale reposent généralement sur des hypothèses de changement d'échelle dont l'objectif est d'accéder à l'état de contraintes ou de déformations à l'échelle du grain. Dans les approches de type plan critique (Dang Van, Papadopoulos, Morel), l'amorçage d'une fissure de fatigue est considéré comme piloté par une quantité mécanique liée à une orientation matérielle particulière (plan critique). Si ces phénomènes sont bien établis dans le cas des chargements uniaxiaux, la nature des mécanismes liés à l'activation des systèmes de glissement, à la multiplicité du glissement et aux différents sites préférentiels d'amorçage de fissures sous chargements complexes reste peu connue.Afin de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement en fatigue multiaxiale, les techniques d'analyse et de caractérisation de l'activité plastique (activation des systèmes de glissements, bandes de glissement persistantes) et d'observation de l'endommagement par fatigue ont été mises en place en se basant principalement sur des observations MEB et analyses EBSD. Ces investigations ont permis de mettre en lumière les effets des chargements non proportionnels sur la multiplicité du glissement sur du cuivre pur OFHC. L'étude statistique des sites préférentiels d'amorçage de fissures montre que les grains à glissement multiple présentent une forte probabilité d'amorçage de fissures, surtout sous les chargements non proportionnels. Nous avons également mis en évidence le rôle des joints de grains et des joints de macle sur le développement de la plasticité à l'échelle de la microstructure. Les résultats expérimentaux sont confrontés à ceux du calcul éléments finis (EF) en plasticité polycristalline sur des microstructures synthétiques 3D semi-périodiques. L'application du critère de Dang Van à l'échelle mésoscopique (le grain) montre une forte variabilité de la contrainte hydrostatique et du cisaillement. Cette variabilité est plus importante pour un modèle de comportement cristallin élastique anisotrope. Le rôle de la plasticité cristalline se révèle secondaire. Ces analyses permettent de remettre en perspective les hypothèses usuelles de changement d'échelle utilisées en fatigue multiaxiale. Enfin, une méthode basée sur la statistique des valeurs extrêmes est proposée pour le dépouillement des calculs EF sur agrégats. Cette analyse a été appliquée sur la contrainte équivalente associée au critère de fatigue de Dang Van pour les calculs d'agrégats polycristallins avec différentes morphologies et orientations des grains. Les effets de la surface libre, du type de chargement et du modèle de comportement mécanique des grains ont été analysés. Les résultats offrent des perspectives intéressantes sur la modélisation de l'amorçage des fissures en fatigue multiaxiale des matériaux et des structures avec une prise en compte de la microstructure.

Studies have shown that air pollution, as well as bark fissure depth and sun exposure of a tree can have an effect on lichen growth as well as abundance of lichen species. The aim of this study was to find out the relative importance of these factors. 211 oaks in south eastern Sweden were surveyed for presence of 17 lichen species, as well as the total number of lichen species. Half of the trees were situated in urban areas and half in the countryside. For each tree the bark fissure depth was measured and the sun exposure of the trunk was estimated. The results showed a significant negative effect on a majority of lichens growing in an urban environment and a significant positive effect on a majority of lichens growing on trees with deep bark fissures. The sun exposure was a less important factor but could not be excluded as a factor affecting lichen occurrence. These results show the negative effect urbanization can have on rare lichen species, as well as be used in the development and maintenance for the nature reserves containing them

Cette thèse de doctorat vise à caractériser expérimentalement la propagation de fissures de fatigue dans le caoutchouc naturel, en s'intéressant notamment à la zone située au voisinage de la pointe de fissure et au phénomène singulier de cristallisation sous tension. Les travaux ont pour objectif principal d'expliquer la remarquable résistance à la fissuration du caoutchouc naturel rapportée depuis un certain nombre d'années dans la littérature. Des essais de mesure de vitesse de propagation de fissure en fatigue sont d'une part menés de sorte à cerner l'influence de divers paramètres expérimentaux tels que la nature de la matrice élastomère, le taux de noir de carbone incorporé à cette dernière et les conditions de sollicitation, sur la résistance à la propagation. D'autre part, différentes méthodes expérimentales sont mises en oeuvre à différentes échelles pour caractériser la zone se trouvant au voisinage de la pointe de fissure. Un rayonnement synchrotron permet notamment de caractériser le phénomène de cristallisation par la technique de diffraction des rayons X aux grands angles. Ces résultats expérimentaux sont également comparés aux mesures de champs de déformation par la technique de corrélation d'images numériques. Par ailleurs, la mise en place d'un essai de fatigue au sein d'un microscope électronique à balayage permet d'observer in situ les mécanismes de propagation présents en fond de fissure. Finalement, la confrontation de l'ensemble de ces résultats expérimentaux mène à discuter de l'influence que peut avoir le phénomène de cristallisation sous tension sur la résistance à la propagation de fissure en fatigue.

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2006. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains vii, 38 p. : ill. (some col.). Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 27-30).

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2006. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains vii, 47 p. : ill. (some col.). Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 35-38).

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2007. / Vita. Includes bibliographical references.

Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus demandée aujourd’hui dans beaucoup de domaines comme l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial et dans d’autres domaines comme la construction, le sport et les loisirs. Cette technique très avantageuse, permet l’assemblage de matériaux semblables ou différents à l’aide d’un adhésif, la réduction importante du poids et la répartition uniforme des charges sur l’assemblage. Malgré ses avantages, le collage souffre encore de quelques inconvénients liés à l’existence de défauts dans les joints de colle. Parmi eux, il existe des défauts qui sont situés à l’interface colle/substrat comme un « kissing bond » ou un mauvais état de surface, qui restent indétectables ou difficilement détectables utilisant les techniques de contrôle non destructives. Donc, afin de prendre en compte l’existence des défauts d’adhésion dans les assemblages collés lors de la phase de conception, il est nécessaire de fournir un modèle analytique capable de prédire la propagation de fissure. Dans cette thèse, un modèle analytique qui prédit la propagation de fissure et qui évalue la résistance effective d’un assemblage collé contenant des défauts d’adhésion a été développé. Un défaut a généralement une géométrie complexe, et une étude générique est difficilement réalisable ce qui nous amène à considérer des géométries de défauts idéales. Le modèle a été vérifié par des expériences réalisées sur des éprouvettes DCB. Des simulations numériques utilisant la méthode de zone cohésive ont été réalisées également pour décrire plus complètement le processus de décohésion et simuler les essais expérimentaux. La dernière partie de ce travail a été dédiée à l’étude de la fissuration des éprouvettes en alliage de titane. Profitant de la collaboration avec Safran et Alphanov, les substrats ont subi un traitement de surface laser en laissant des zones non traitées. Le but de cette partie était de vérifier le modèle analytique proposé avec des configurations plus complexes. / Structural adhesive bonding has known an increasing use in many fields like aeronautics, aerospace and automotive and other fields like construction and sports. This very advantageous technique allows the assembly of similar or different materials using an adhesive, the significant reduction in weight and a uniform distribution of loads on the assembly. Despite its advantages, the bonding still suffers from some disadvantages related to the existence of defects in the bonded joints. Among them, there are defects that are located at the interface glue / substrate as "kissing bond" or poor surface due to bad surface treatment, which remain undetectable or hardly detectable using non-destructive control techniques. Therefore, in order to take into account the existence of adhesion defects in bonded assemblies during the design phase, it is necessary to provide an analytical model capable of predicting crack propagation and estimate the criticality of a defect. In this thesis, an analytical model that predicts crack propagation and evaluates the effective strength of a bonded assembly containing adhesion defects has been developed. A defect usually has a complex geometry, and a generic study is difficult to achieve, which leads us to consider ideal defect geometries. The model was verified by experiments performed on DCB specimens. Numerical simulations using the cohesive zone method were also performed to more fully describe the decohesion process and to simulate the experimental tests. The last part of this work was devoted to the study of titanium alloy assembly containing patterns. Taking advantage of the collaboration with Safran and Alphanov, the substrates underwent a laser surface treatment leaving untreated areas. The purpose of this part was to check the proposed analytical model with more complex configurations.

La taille de la zone plastique en pointe de fissure dans un matériau est directement liée au facteur d’intensité de contrainte pour une configuration donnée. Cette étude utilise la technique d’indentation avec une très faible charge afin d’étudier la taille de la zone plastique cyclique et monotone au voisinage de la fissure. La zone plastique est caractérisée par la relation entre la dureté, le module réduit, le travail élastique, le travail plastique, l’indice de plasticité et la distance par rapport à la pointe de fissure. Les essais sont menés sur une éprouvette CT pour un alliage d’aluminium 2024T351. Dans une étude complémentaire, le contour des zones plastiques en fond de fissure en mode mixte, le rayon minimum de zone plastique (MPZR) et la direction de la fissure initiale pour l’alliage d’aluminium 2024T351 sur un “Compact Tension spécimen” est déterminé en utilisant le logiciel Matlab. Nous avons calculé la forme, la taille de la zone plastique au fond de fissure, le rayon minimum de la zone plastique par rapport à l’angle de chargement et le facteur d’intensité de contrainte en utilisant le critère de Von Mises. L’étude est effectuée pour les divers angles de chargement. Nous avons constaté que le chargement en mode mixte (13 = 600) est le plus néfaste pour le matériau. / The plastic zone size associated with a propagating crack in a material is directly related to the stress intensity factor for a given configuration. This work utilizes the ultra-low-load indentation techniques to study the cyclic and monotonic plastic zone size at the fatigue crack tip based on the relationship between the hardness, elastic work, plastic work, plasticity index and the distance from the crack tip. The study is conducted essentially on the aluminium alloy 2024T351. In a second part of this work, we study the contour of mixed mode crack-tip plastic zones, the minimum plastic zone radius (MPZR) and the direction of initial crack for the aluminium alloy 2024T351 in a Compact tension specimen by using Matlab software. We have computed the shape, size of plastic zone at crack-tip and the minimum plastic zone radius with respect to the loading angle and stress intensity factor in linear elastic fracture mechanics for plane strain condition according to Von Mises yield criteria, the study is conducted for various loading angle. We found that the mixed mode loading (F36O°) can lead to earlier material fracture earlier than any other biaxial loading.

Les pales d’hélicoptère sont des structures composites soumises à un chargement cyclique multiaxial, et leur criticité impose de porter une attention particulière à la tolérance aux dommages. Leur revêtement peut potentiellement présenter des criques suite à certains évènements (impact, défaut, foudre). Ces travaux se focalisent sur un matériau de revêtement donné (tissu de verre) et concernent l’étude de la propagation de coupure (crique) sous chargement cyclique. Les sollicitations de service ont amené à considérer la traction et le cisaillement plan. Une étude expérimentale a été menée afin d’étudier les modes d’endommagement du matériau et sa résistance à la propagation de coupure pour différentes sollicitations (en traction et en cisaillement) et pour les drapages les plus courants. Elle a permis de dégager les mécanismes d’endommagement mis en jeu, et a fourni un ensemble important de propriétés matériau et de données quantitatives de vitesse de propagation. Elle a par ailleurs guidé vers une modélisation par éléments finis adaptée à l’architecture du matériau, et la manière dont il se dégrade en fatigue. Ce modèle repose sur un maillage à l’échelle de la mèche, et la prédiction de la propagation est obtenue par l’utilisation d’une courbe de fatigue S-N. La simulation a été évaluée par comparaison des faciès de rupture, des vitesses de propagation et de l’étendue des zones d’endommagement avec les essais réalisés sur éprouvettes. / Helicopter blades consist of composite structures which have to sustain multi-axial cyclic loading. Because of their criticality, damage tolerance has to be considered carefully. Their skin is subjected to environmental events like impact, flaw, lightning which can cause through-thethickness cracks. The present work focuses on one given skin material (woven glass fabric) and concerns the study of the through-the-thickness crack growth under cyclic loading. In-flight loading lead to consider tension and shear. An experimental study has been carried out to study damage in the material and its crackgrowth resistance under different loadings (tension and shear) and for usual stacking sequences. It highlighted damage mechanisms and provided an important set of material data and crack growth speeds. Besides, this led to a finite element approach adapted to the woven fabric architecture, anddamage feature under fatigue loading. This modeling is based on a bundle scale mesh, a semidiscrete damage modeling and an S-N curve to predict fiber failure. Numerical simulations of crack growth tests were carried out, and results were compared with experiments in terms of crack direction, crack growth speed, and size of damaged area.