Étude numérique des champs mécaniques locaux dans les agrégats polycristallins sous chargements cycliques

摘要

Dans les pièces mécaniques soumises à des sollicitations cycliques, les déformations répétées engendrent le phénomène de fatigue. Dans le cas des polycristaux, on constate une localisation de ces déformations qui conduit à la formation de fissures courtes dont l'amorçage et la micropropagation sont pilotés par les paramètres de la microstructure du matériau, comme l'orientation des grains et les joints de grains. Cette dépendance, associée aux multitudes de configurations microstructurales possibles, explique la forte dispersion des résultats d'essais en fatigue. L'étude numérique proposée se base sur des calculs d'agrégats polycristallins par Éléments Finis avec un modèle de plasticité cristalline sous différentes conditions de chargements cycliques. Ces derniers sont réalisés sur des microstructures tridimensionnelles synthétiques (décomposition de Voronoï) et réelles (EBSD avec polissages successifs). Plusieurs configurations d'orientations sont prises en compte afin de reproduire les effets de dispersion observés expérimentalement. Les résultats des simulations sont analysés au cas par cas d'une part, et par traitement statistique d'autre part. L'objectif est de rendre compte de l'effet des paramètres de la microstructure, tels que le facteur de Schmid sur la formation des fissures courtes de fatigue. Les marches d'extrusion et intrusion en surface, considérés comme les sites critiques menant à l'amorçage des fissures courtes, sont reproduites numériquement et comparées à la microstructure réelle fissurée. La prédiction de ces marches est en bonne concordance avec les observations expérimentales, dès lors qu'elles apparaissent dans des grains assez larges en surface. On observe également une nocivité accrue sous chargement équibiaxial. L'analyse des distributions des champs locaux permet d'analyser quantitativement l'hétérogénéité des contraintes à l'échelle locale.