Analyse de la propagation de fissure par fatigue pour les alliages d'aluminium 2050-T84 - Matériaux (MAT) Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Fatigue crack propagation analysis in Aluminium 2050-T84 alloys

Analyse de la propagation de fissure par fatigue pour les alliages d'aluminium 2050-T84

Abderrahman Guelzim
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1383920
  • IdRef : 277661471

Résumé

Increasing demand for limiting environmental impact pushes the need to improve the property to density ratio. This point is crucial for a wide range of industrial applications of aeronautical Al-alloys, especially for aircraft structures. Recent advances have led to the use of Al-Cu-Li alloys, such as Constellium's Airware alloy 2050-T8, for which the addition of 1% of lithium reduces the density while increasing both strength and damage tolerance properties compared with incumbent products.Aluminum aircraft structures are sized with due regard to fatigue crack growth. Fatigue lifetime prediction implies to know crack paths and fatigue crack growth rates for all the loading conditions. Yet, crack growth rate estimation is made particularly difficult when the cracks deviate. This leads to the use of additional safety margins in the design. This study aims to establish a fatigue crack growth model taking into account crack deviation, in order to take full advantage of the last generations Al-Cu-Li alloys properties.The scientific challenge consists in measurements of crack deviation conditions so as to propose a robust model able to predict fatigue crack deviation and crack growth rate. The approach is based on an experimental analysis of crack deviation conditions. Test will be performed on CT, CCT (MT), DCB and ESET specimens to further investigate different loading conditions, including notably T-stress. A special attention will be paid to local displacement measurement at the very crack tip using digital image correlation technique. Fracture surface analysis will assess the fracture mechanisms according to the anisotropy and the material microstructure. Numerical modelling will be based on FEA using conform remeshing technic introducing both simplified and realistic crack shapes.
L'amélioration du rapport performance sur densité est au cœur des défis environnementaux. Ce point est crucial pour un large éventail d'alliages d'aluminium à applications en industrie aéronautique, particulièrement au niveau des pièces de structure, dont l'allègement accroit le rendement des moteurs. Les derniers progrès ont mené à l'utilisation d'alliages Al-Cu-Li tel que l'Airware 2050-T8 de Constellium, dans lequel l'incorporation d'1% de lithium permet de réduire la densité tout en augmentant la résistance mécanique ainsi que la tolérance aux dommages, en comparaison avec des alliages de référence.Les pièces de structures aéronautiques en aluminium sont notamment dimensionnées en propagation de fissure de fatigue. La prévision des durées de vie en fatigue implique de connaitre les vitesses de propagation et chemins de fissure pour l'ensemble des conditions de chargement. Or, l'estimation de la vitesse de propagation est rendue particulièrement difficile lorsque les fissures dévient. Cela entraîne l'emploi de marges de sécurité supplémentaires lors du design. L'objectif de cette étude est d'établir un modèle de propagation des fissures de fatigue de manière à prévoir et quantifier les déviations, et donc de profiter au mieux des performances offertes par les alliages Al-Cu-Li de dernière génération.L'enjeu scientifique consiste à obtenir des mesures des conditions de bifurcations et de proposer des modèles robustes capables de prédire la déviation de fissure et la vitesse de propagation de ces fissures de fatigue. L'approche proposée est basée sur une analyse expérimentale approfondie des vitesses et des conditions de déviation. Les essais seront menés sur des éprouvettes CT, CCT (MT), DCB et ESET pour investiguer différentes conditions de chargement, et notamment le rôle de la contrainte T. Une attention particulière sera portée sur la mesure des champs de déplacement en pointe de fissure par corrélation d'images numériques. Les analyses des faciès de rupture permettront d'évaluer les mécanismes de propagation de fissure en fonction de l'anisotropie et de la microstructure du matériau. Les modélisations seront basées sur des approches par éléments finis utilisant les techniques de maillage conforme pour introduire les fissures simplifiées ou de morphologie réalistes obtenues à partir des faciès.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04581111 , version 1 (21-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04581111 , version 1

Citer

Abderrahman Guelzim. Analyse de la propagation de fissure par fatigue pour les alliages d'aluminium 2050-T84. Matériaux. Université Paris sciences et lettres, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPSLM070⟩. ⟨tel-04581111⟩
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