A1 Fatigue

Topique

Ce métal, soumis à une charge cyclique répétée, peut se rompre progressivement même lorsque l'amplitude de cette charge reste bien inférieure à la limite d'élasticité statique établie par un autre modèle de ce système. Cette rupture progressive sous charge cyclique, très différente de la plastification statique qui se produirait sous une charge continue de même intensité, constitue la fatigue de ce métal. La répétition de cette charge cyclique, même si chaque cycle individuel reste bien en deçà de cette limite d'élasticité statique, finit par provoquer l'amorçage, en un point donné du métal, d'une fissure de fatigue qu'un seul cycle de même amplitude ne produirait jamais.

Une fois cette fissure de fatigue amorcée, l'amplitude de contrainte de la charge cyclique appliquée détermine, selon l'équation de Basquin, le nombre de cycles que ce métal peut supporter avant rupture par fatigue : sa durée de vie en fatigue. Une amplitude de contrainte plus élevée, selon la loi de Basquin, entraîne une durée de vie en fatigue plus courte ; une amplitude de contrainte plus faible entraîne une durée de vie en fatigue plus longue. Cette même fissure de fatigue, une fois amorcée, ne se propage pas à vitesse constante au cours de chaque cycle de charge, mais plutôt à une vitesse régie par l'amplitude du facteur d'intensité de contrainte de chaque cycle, conformément à la loi de Paris : plus cette amplitude est importante entre le minimum et le maximum de chaque cycle, plus la fissure de fatigue progresse au cours de ce même cycle. Une amplitude de facteur d'intensité de contrainte plus importante, qu'elle soit due à une amplitude de charge plus élevée ou à une propagation suffisante de la fissure de fatigue elle-même, entraîne une vitesse de propagation de fissure plus élevée, selon la loi de Paris.

Cette même amplitude de facteur d'intensité de contrainte induit également une vitesse de propagation de fissure plus élevée. Par conséquent, ce modèle, intégrant la charge cyclique et la fissure de fatigue à son ouverture, prend en compte la loi de Paris tout au long de la propagation de cette fissure de fatigue, depuis sa taille initiale jusqu'à la taille critique à laquelle le métal finit par se rompre, afin d'obtenir la durée de vie en fissure jusqu'à cette rupture finale. Alors que la relation de Basquin estime déjà, à partir de l'amplitude de contrainte, la durée de vie totale en fatigue de ce métal sans distinguer les phases d'amorçage et de propagation de la fissure, l'intégration de la loi de Paris isole spécifiquement la phase de propagation, une fois la fissure de fatigue amorcée. Le fait que la taille critique de cette fissure, à partir de laquelle la rupture se produit, dépende de la ténacité à la rupture du métal permet à un autre modèle de cet ensemble de corréler expérimentalement cette même ténacité à la rupture avec l'essai de résilience Charpy réalisé sur ce métal. Le fait que la fatigue de ce métal soit dominée par une seule fissure qui s'amorce, se propage et finit par rompre la pièce la distingue clairement de la fatigue d'un matériau composite, où l'endommagement est réparti en de nombreux points simultanément, et non une seule fissure dominante, qui régit la dégradation progressive sous chargement cyclique.

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