Ce travail a concerné les anodes tournantes légères utilisées pour la production de rayons X dans les scanners médicaux. Ces anodes sont constituées de graphite revêtu de tungstène par projection plasma à basse pression. Nous nous sommes intéressés au comportement mécanique des matériaux constituants (particulièrement le tungstène) dans les conditions de sollicitations thermomécaniques intenses rencontrées durant la vie en service des anodes. La première étape de ce travail a été une phase d'identification du problème posé. Nous avons ainsi cerné les conditions de sollicitation en service en termes de fréquence d'excitation, de température, de déformation et de vitesse de déformation. Des expertises d'anodes usagées ont permis de dégager les principaux modes d'endommagement en service. Pour caractériser le comportement mécanique des matériaux, un dispositif d'essai existant a été adapté pour pouvoir travailler sur des éprouvettes de flexion de petite taille. Les procédures d'essai ont, quant à elles, été choisies pour générer des sollicitations proches de celles associées au fonctionnement. Dans toute la plage de température investiguée (ambiante à 1800°C), notre graphite s'est avéré posséder un comportement élastique fragile. Le comportement du tungstène s'est révélé plus complexe: élastique-fragile jusqu'à 400°C, il devient ensuite plastique pour devenir sensible au fluage à partir de 1200°C. Des trajets de chargement originaux ont permis de mettre en évidence l'existence d'une contrainte interne de rappel, ainsi qu'un couplage entre déformations plastiques et déformations visqueuses. Une loi phénoménologique originale de comportement, à double déformation inélastique, plastique et viscoplastique avec un terme d'interaction entre les deux mécanismes d'écoulement, a donc été nécessaire pour décrire le comportement mécanique du tungstène. L'écrouissage par chacun des écoulements est traduit par des variables cinématiques. L'identification numérique des paramètres a été réalisée par un optimiseur, couplé à un code de calcul par éléments finis simulant l'essai de flexion. La loi ainsi établie a été finalement validée en confrontant ses prévisions au comportement observé expérimentalement pour des trajets de chargement complexes. Cette loi de comportement a finalement été utilisée pour simuler les conditions d'utilisation d'une anode réelle. On a ainsi calculé, à l'aide d'un maillage bidimensionnel axisymétrique, les contraintes générées par le refroidissement post-recuit, une puis plusieurs séries de clichés radiographiques, et enfin un refroidissement total après utilisation. La répétition de séries de clichés conduit rapidement à des cycles stabilisés. Contrairement aux simples simulations thermoélastiques réalisées préalablement à ce travail, les niveaux de contraintes calculés sont réalistes et demeurent inférieurs à la résistance à la rupture des matériaux. Cette simulation peut d'ores et déjà être utilisée industriellement pour évaluer l'influence d'une modification de la géométrie de l'anode et/ou des conditions de sollicitation sur les contraintes en service.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:pastel.archives-ouvertes.fr:pastel-00000467 |
| Date | 03 April 2003 |
| Creators | Lemarchand, Gwénaël |
| Publisher | École Nationale Supérieure des Mines de Paris |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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