Qu'est-ce que Fatigue à grand nombre de cycles ?
L'essai de fatigue par cycles élevés applique une contrainte répétée inférieure à la limite élastique à une éprouvette et détermine le nombre de cycles jusqu'à la rupture. Répété à différentes amplitudes de contrainte, cela produit la courbe de cycle de contrainte (S-N). Le chargement est généralement contrôlé par le stress.
Objectif de Fatigue à grand nombre de cycles
Le but est de déterminer la durée de vie du matériau sous des charges répétées bien inférieures à la résistance statique. Pour les pièces soumises à de nombreux cycles de faible amplitude, tels que ceux dus aux vibrations et à la rotation, la conception s'appuie sur ces données.
À quels produits Fatigue à grand nombre de cycles s'applique-t-il ?
- Pièces rotatives telles que vilebrequins, essieux et arbres
- Ressorts et attaches
- Composants structurels aérospatiaux
- Détails structurels soudés
- Pièces de suspension automobile
Dans quels secteurs Fatigue à grand nombre de cycles est-il utilisé ?
Normes relatives à Fatigue à grand nombre de cycles
- ISO 1099 (matériaux métalliques — essais de fatigue sous contrôle de l'effort axial)
- ASTM E466 (essais de fatigue axiale à amplitude constante)
- ASTM E739 (analyse statistique des données de fatigue)
- ISO 12107 (planification statistique des données de fatigue)
Conditions de Fatigue à grand nombre de cycles
- Type de chargement
- Amplitude constante et contrôlée par la contrainte
- Rapport de contrainte (R)
- Du cahier des charges ; sélectionné comme tension-tension ou tension-compression
- Fréquence
- Sélectionné de manière à ne pas provoquer d'échauffement dans l'échantillon
- Terminaison
- Fracture, ou atteinte du nombre de cycles défini dans le cahier des charges (run-out)
Équipement pour Fatigue à grand nombre de cycles
- Machine de fatigue servohydraulique ou par résonance
- Cellule de pesée et dispositif d'alignement
- Compteur de cycles et système d'acquisition de données
- Équipement de surveillance de la température des échantillons
- Stéréomicroscope pour l'examen des surfaces de fracture
Exigences d'échantillon pour Fatigue à grand nombre de cycles
- La surface de l'échantillon doit être usinée et polie conformément à la norme ; la rugosité de la surface affecte directement la vie.
- La géométrie de l'échantillon doit minimiser la concentration des contraintes.
- De nombreuses éprouvettes à plusieurs niveaux de contrainte sont nécessaires pour la courbe S-N.
- Le lieu et l'orientation de l'échantillonnage doivent être enregistrés.
- Pour les éprouvettes soudées, la géométrie de la soudure et l'état de meulage, le cas échéant, doivent être signalés.
Durée de Fatigue à grand nombre de cycles
La fatigue cyclique est par nature longue : un seul échantillon peut atteindre des millions de cycles et prendre des jours. Avec le nombre d’échantillons nécessaires pour une courbe SN complète, l’étude s’étend sur plusieurs semaines.
Procédure de Fatigue à grand nombre de cycles
- 1Les spécimens sont usinés, mesurés et leur état de surface enregistré.
- 2L'alignement de la machine est vérifié.
- 3Le niveau de stress et le rapport de stress sont définis.
- 4L'échantillon est cyclé à la fréquence définie.
- 5Le nombre de cycles à la fracture est enregistré ; les spécimens qui ne se fracturent pas sont marqués comme des faux-ronds.
- 6Le test est répété à différents niveaux de stress.
- 7La courbe S-N est construite et évaluée statistiquement.
Critères d'acceptation de Fatigue à grand nombre de cycles
La norme de méthode définit la manière dont le test est effectué, et non le résultat. La limite d'acceptation provient de la norme matériau, de la spécification du produit ou du dessin technique du client ; cette page ne donne donc aucune limite numérique.
Évaluation des résultats
Les résultats sont interprétés comme une distribution et non individuellement ; les données de fatigue sont intrinsèquement dispersées. Des approches statistiques telles que ASTM E739 sont utilisées dans l'évaluation et une courbe de conception est dérivée pour un niveau de confiance donné.
Rapport de Fatigue à grand nombre de cycles
- Identification de l'échantillon, type de matériau et numéro de coulée/lot, le cas échéant
- Géométrie de l'échantillon, dimensions et méthode de préparation
- Conditions standards et d’essai appliquées
- Température de test et conditions ambiantes
- Valeurs mesurées et grandeurs calculées
- Photographies de la surface de la fracture ou de l'indentation (le cas échéant)
- Incertitude de mesure (si demandé)
- Une déclaration selon laquelle le résultat s'applique uniquement au spécimen soumis pour test
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
- EN 10204 (documents de contrôle des produits métalliques)
- Règlement UE 305/2011 sur les produits de construction (pour les produits utilisés dans la construction)
- Des normes harmonisées appliquées selon la famille de produits
Mekanik Testler — Que couvre ce domaine d'essai ?
La section ci-dessous décrit le domaine auquel appartient l'essai Fatigue à grand nombre de cycles ; 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 à grand nombre de cycles
Quelle est la différence entre la fatigue de cycle élevé et la fatigue de cycle faible ?
En cas de fatigue cyclique élevée, la contrainte reste dans la région élastique et la durée de vie s'étend sur des centaines de milliers, voire des millions de cycles ; le test est contrôlé par le stress. En fatigue à faible cycle, la déformation plastique domine, la durée de vie est beaucoup plus courte et l'essai est contrôlé par la déformation.
Que signifie l'épuisement ?
Cela signifie que l'échantillon atteint le nombre de cycles défini dans les spécifications sans se fracturer. Il ne s’agit pas d’un point de données d’échec et est traité séparément dans l’évaluation statistique.