Qu'est-ce que Fatigue ?
L'essai de fatigue est un essai dans lequel des contraintes répétées inférieures à la résistance statique sont appliquées à une éprouvette tandis que le nombre de cycles jusqu'à rupture est déterminé. Les résultats sont présentés sous forme de courbe contrainte-cycle (S-N).
Objectif de Fatigue
L'objectif est de prédire la durée de vie des pièces fonctionnant sous des charges répétées et de déterminer la limite de résistance à la fatigue pour la conception.
À quels produits Fatigue s'applique-t-il ?
- Arbres, essieux et composants de transmission
- Ressorts et attaches
- Joints structurels soudés
- Composants aérospatiaux et automobiles
- Appareils à pression et tuyaux
Dans quels secteurs Fatigue est-il utilisé ?
Normes relatives à Fatigue
- ISO 1099
- ISO 1143
- ASTM E466
- ASTM E606
- ISO 12107
Conditions de Fatigue
- Type de chargement
- Tension axiale-compression, flexion en rotation ou torsion
- Rapport de contrainte
- R = σmin/σmax ; défini dans le cahier des charges
- Fréquence
- Choisi de manière à éviter l'échauffement ; généralement 5 à 100 Hz
- Terminaison
- Fracture, ou atteinte du nombre de cycles défini (par exemple 10⁷)
Équipement pour Fatigue
- Machine de fatigue servo-hydraulique ou par résonance
- Machine de fatigue rotation-flexion
- Compteur de cycles et arrêt automatique
- Surveillance de la température
Exigences d'échantillon pour Fatigue
- La surface de l'éprouvette doit être usinée selon la rugosité définie dans la norme
- La surface doit être impeccable si aucune entaille ou discontinuité n'est prévue
- Des échantillons à plusieurs niveaux de contrainte sont requis pour une courbe S-N
- Au moins trois spécimens par niveau sont recommandés
Durée de Fatigue
Il s’agit d’un test de longue durée. Un test de 10⁷ cycles peut prendre de plusieurs jours à plusieurs semaines, selon la fréquence.
Procédure de Fatigue
- 1Les spécimens sont usinés et leurs dimensions sont mesurées.
- 2Les niveaux de stress et le rapport de stress sont déterminés.
- 3L'éprouvette est montée axialement dans la machine.
- 4Un chargement répété est démarré à la fréquence définie.
- 5Le chargement continue de se fracturer ou de terminer le cycle.
- 6Le nombre de cycles pour chaque niveau est enregistré et la courbe S-N est tracée.
Critères d'acceptation de Fatigue
Le critère d'acceptation est donné dans la spécification comme un nombre minimum de cycles à un niveau de contrainte spécifié, ou une résistance minimale à la fatigue.
Évaluation des résultats
La courbe S-N et la dispersion sont évaluées ensemble. Une fracture au niveau de la poignée ou d'une discontinuité peut invalider le résultat ; la surface de fracture est examinée pour déterminer le point d'initiation.
Rapport de Fatigue
- Norme appliquée et type de chargement
- Niveaux de stress et ratio de stress
- Fréquence et conditions ambiantes
- Nombre de cycles pour chaque échantillon
- Courbe S-N et évaluation de la surface de fracture
Accréditation
EUROLAB détient une accréditation internationalement reconnue obtenue auprès des organismes d'accréditation parties aux accords de reconnaissance multilatérale de l'IAF et de l'ILAC, selon ISO/IEC 17025 pour les tests en laboratoire, ISO/IEC 17020 pour l'inspection et la surveillance, et ISO/IEC 17021-1 et ISO/IEC 17065 pour la certification des systèmes et des produits. Cette chaîne garantit que les rapports et certificats délivrés sont acceptés dans le monde entier.
La possibilité de proposer ce test dans le cadre d'une accréditation dépend de votre produit et de la norme appliquée ; l'accréditation étant méthodologique, le périmètre est confirmé par écrit au stade du devis.
Portée et autorisationsRèglements connexes
- Spécifications des composants aérospatiaux et automobiles
- Normes de conception des appareils sous pression
Mekanik Testler — Que couvre ce domaine d'essai ?
La section ci-dessous décrit le domaine auquel appartient l'essai Fatigue ; les conditions et critères d'acceptation de cet essai figurent dans les sections ci-dessus. Le périmètre propre à votre produit est confirmé par écrit au stade du devis.
Les essais mécaniques mesurent le comportement d'un matériau ou d'une pièce sous force. La famille va de la charge statique (traction, compression, flexion) au comportement dépendant du temps (fatigue, fluage), en passant par la dureté et l'usure jusqu'à la ténacité à la rupture.
Le point commun de ces essais est que le résultat est rapporté comme une PROPRIÉTÉ DE MATÉRIAU. La limite d'élasticité ou la dureté ne sont pas une décision de conformité ; ce sont des données numériques auxquelles la conception et la norme produit se compareront. Les rapports d'essais mécaniques constituent donc généralement une donnée d'entrée pour une décision d'ingénierie plutôt que pour un agrément produit — choix du matériau, coefficient de sécurité, prévision de durée de vie.
La distinction entre comportement statique et dynamique est la clé pour comprendre ce domaine. Une pièce peut sembler totalement non sollicitée sous charge statique et pourtant se rompre sous chargement répété ; la rupture par fatigue survient à des contraintes bien inférieures à la limite d'élasticité et ne donne aucun avertissement. Pour les pièces tournantes, vibrantes ou soumises à un chargement cyclique, un essai de traction seul n'est donc pas une preuve suffisante.
Les conditions d'essai déterminent le résultat, ce qui est essentiel pour la lisibilité du rapport : géométrie de l'éprouvette, vitesse de chargement, température, conditionnement et dispositif de serrage. Le même matériau donne des valeurs différentes selon les conditions. Dans les plastiques, l'effet de vitesse est très marqué, dans les métaux l'effet de température ; dans les composites, l'orientation de l'éprouvette change entièrement le résultat.
La dureté est la mesure la plus mal utilisée dans ce domaine. Étant rapide, proche du non destructif et peu coûteuse, elle est souvent utilisée à la place de la résistance. Des tables de conversion dureté-résistance existent, mais elles sont APPROXIMATIVES et dépendent du groupe de matériaux ; les utiliser comme seule preuve dans l'acceptation des matériaux est une erreur.
Le volet de la mécanique de la rupture exige une compétence spécifique. Les mesures de ténacité à la rupture et de vitesse de propagation des fissures de fatigue permettent de calculer combien de temps durera une structure fissurée ; elles sont la base de la conception tolérante aux dommages dans des domaines tels que les équipements sous pression, les structures aéronautiques et les pipelines.
Groupes de méthodes dans ce domaine
Essais statiques
Traction, compression, flexion, cisaillement et torsion. On obtient la limite d'élasticité et la résistance à la traction, l'allongement et le module d'élasticité.
Essais de choc
Choc entaillé Charpy et Izod ; le comportement de transition ductile-fragile du matériau est déterminé en fonction de la température.
Dureté
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore et microdureté. Utile pour la profondeur de traitement de surface et les différences locales de résistance.
Fatigue
Fatigue axiale contrôlée en force et en déformation, fatigue en flexion ; courbes S-N et limite d'endurance.
Fluage et relaxation des contraintes
Comportement sous charge à long terme à haute température ; déterminant pour les matériaux de chaudières, turbines et équipements sous pression.
Mécanique de la rupture
Ténacité à la rupture en déformation plane, intégrale J, CTOD et vitesse de propagation des fissures de fatigue.
Usure et frottement
Abrasion Taber et tambour rotatif, mesures du coefficient de frottement.
Confusions fréquentes dans ce domaine
- Calculer la résistance à partir de la dureté est approximatif ; cela ne peut être utilisé comme seule preuve dans l'acceptation des matériaux.
- Une résistance statique suffisante ne démontre pas la résistance à la fatigue ; une pièce soumise à charge cyclique nécessite un essai distinct.
- Si la vitesse et la température d'essai ne sont pas indiquées, le résultat n'est pas comparable — en particulier pour les polymères et les composites.
- Une éprouvette d'essai et la pièce réelle peuvent ne pas donner la même valeur ; l'orientation de moulage, les lignes de soudure et les différences de traitement de surface ont toutes un effet.
- Une valeur de résistance donnée pour un composite sans préciser l'orientation de l'éprouvette n'a pas de sens.
- Les équivalents ASTM et ISO mesurent la même grandeur mais utilisent des géométries d'éprouvette différentes ; les résultats ne sont pas considérés comme directement équivalents.
Quelles décisions ces résultats étayent
- Vérification de conception et sélection des matériaux
- Contrôle des matières entrantes et agrément fournisseur
- Satisfaction des exigences mécaniques de la norme produit
- Analyse de défaillance, prédiction de durée de vie et calcul de tolérance aux dommages
- Vérification des procédés de traitement thermique et de surface
Tests associés
Questions fréquentes sur Fatigue
Combien de temps dure le test de fatigue ?
Cela dépend du nombre de cycles cible et de la fréquence. Les tests à cycle élevé (10⁷) peuvent prendre des semaines ; la planification est donc clarifiée dès la phase de devis.