Essais cycliques complémentaires

En vue d’une approche qui consiste à instaurer une base de donnée relativement com-plète sur le comportement mécanique de l’acier AISI H11 à température ambiante, des essais cycliques complémentaires sont menés dans le présent travail. Les procédures et les données expérimentales sont traitées dans ce qui suit.

Procédures expérimentales. L’ensemble des essais cycliques sont réalisés sur une ma-chine électrohydraulique de type Schenck Hydroplus série 56 ayant une capacité de charge de 250 kN. Le système de mesure est constitué d’un extensomètre longitudinal ayant une base de 10 mm pour la déformation et d’un pont de mesure incorporé dans la machine et permettant l’obtention d’une tension proportionnelle à la déformation. La valeur instanta-née de cette déformation est comparée au sein d’un régulateur à la valeur de consigne que délivre le générateur de fonctions. L’écart entre ces deux valeurs est amplifié et un second signal est envoyé afin de minimiser la marge de différence entre la valeur instantanée et celle de la consigne. Par ailleurs, une erreur de mesure de ±4% a été précédemment constatée dans une plage de déformation totale comprise entre ±0,3% et ±1%. L’ensemble mécanique est reliée à un ordinateur permettant l’enregistrement des configurations des consignes de pilotage, mais également d’acquisition et le stockage de l’essai en cours. Les consignes sont transmises par l’intermédiaire du générateur de fonctions engendrant ainsi l’action des mors hydrauliques. Dans le présent contexte, les signaux du générateur de fonctions sont triangu-laires et la fréquence utilisée est de 1 Hz. Les données dont la fréquence d’acquisition peut être programmée manuellement dans les consignes de configurations d’essai sont stockeés par le logiciel propriétaire Vistest.

Dans les conditions expérimentales actuelles, des éprouvettes cylindriques sont utilisées. Celles-ci sont dimensionnées de manière à ce que le facteur théorique de concentration de contrainte Ktsoit considéré comme étant le paramètre prépondérant afin d’éviter les risques liés au flambement et à la rupture aux congés de raccordement [63]. À noter également qu’un polissage à pâte diamantée est réalisé sur ces éprouvettes en vue d’une optimisation de l’état de surface.

Le programme expérimental destinée au comportement cyclique de l’acier AISI H11 à température ambiante comporte deux types d’essais opérés à amplitude de déformation totale imposée. Le premier type d’essai (essais 1 et 2) consiste à définir une amplitude de déformation fixe avec un rapport de charge R = −1, et ce, jusqu’à la ruine du matériau. Quant au second type (essai 3), celui-ci est de type traction - traction avec un rapport de charge R nul. Le Tableau 1.7 présente un récapitulatif des essais cycliques menés.

Tableau 1.7 – Amplitudes de déformation des différents essais cycliques N˚d’essai Essai 1 Essai 2 Essai 3

Traitement et analyse des données. Pour chaque essai présenté ci-dessus, les consignes d’acquisition des données expérimentales sont programmées de manière à enregistrer les 25 premiers cycles, puis avec une fréquence d’un enregistrement tous les cinq cycles. Le traite-ment de ces données qui consistent en temps, déplacetraite-ment, force, déformation et contrainte permettent l’extraction de certains paramètres caractéristiques des boucles d’hystérésis du comportement en fatigue, notamment :

– l’amplitude de déformation totale (∆ε),

– l’amplitude de déformation plastique pour un cycle donnée (∆εp), – l’amplitude de contrainte pour un cycle donnée (∆σ),

– la déformation plastique cumulée (p), – l’intensité de déconsolidation cyclique (δσ).

De par ce traitement de données, les courbes σ − ε et ∆σ/2− Nombre de cycles, ou éven-tuellement σ − εp et ∆σ/2 − p, peuvent être tracées.

L’ensemble des essais menés mettent en évidence le caractère de déconsolidation cyclique à température ambiante de l’acier AISI H11. L’intensité de déconsolidation cyclique du pre-mier essai réalisé à une amplitude de déformation totale de 1,8% n’a cependant pas pu être évalué correctement, comme dans la quasi-totalité des essais. L’amplitude de déformation prescrite n’a pu être atteinte qu’au 20e cycle dans cet essai11. Les données antérieures ne sont alors pas prises en compte et le premier cycle de la Figure 1.20 correspond en effet à la 20e boucle d’hystérésis.

(a) Courbe σ − ε (b) Courbe ∆σ/2− Nombre de cycles

Figure 1.20 – Essai cyclique à amplitude de déformation totale imposée de 1,8% À l’image de l’essai prescrit à une amplitude de déformation totale de 1,6% par Ve-lay [10], le présent essai met en évidence les deux phases de déconsolidation continue et instantanée12, mais fait ressortir en outre une dernière phase qui correspond à une chute de la contrainte caractéristique de la rupture du matériau. Le cycle stabilisé est défini dans ce

11. Les premiers cycles peuvent être prise en compte. Cependant, en vue de simplifier l’exploitation des essais et la procédure d’identification menée dans le chapitre 4, seules les boucles d’hystérésis ayant des amplitudes de déformation prescrites atteintes sont considérés.

12. La mise en évidence de la déconsolidation instantanée est fortement atténuée en raison de la non prise en compte des données des 20 premières boucles d’hystérésis.

contexte comme étant la dernière boucle d’hystérésis avant la chute brutale de la contrainte. Par ailleurs, il est clair que la déconsolidation est apparente uniquement dans le sens de la traction. Le niveau de contrainte en compression est quasiment constant tout au long de l’essai. Ceci a pour conséquences des erreurs de surestimation de l’amplitude de contrainte et des complications au niveau de l’identification du modèle multi-échelle. À noter que cette constatation est essentiellement due au banc d’essai utilisé qui présente probablement des problèmes de symétrie. Néanmoins, selon les données récoltées, on peut noter un niveau de contrainte plus conséquent et une durée d’essai moins importante que celui qui a été réalisé à une amplitude de déformation totale de 1,6%. L’intensité de déconsolidation ne peut être comparée en raison du fait que les deux essais n’ont pas été effectués dans les mêmes condi-tions et du manque de données. Cependant, on constate une intensité de déconsolidation continue légèrement plus importante pour ce premier essai.

Pour les mêmes raisons liées aux conditions expérimentales, la prise en compte de l’ac-quisition des données n’est effectuée qu’après le 10e cycle pour le second essai à amplitude de déformation totale de 2,2%. Contrairement aux données précédentes, la déconsolidation instantanée se fait nettement mieux sentir malgré quelques éléments manquants (Figure 1.21b). L’intensité de la déconsolidation continue, tout comme la réponse en contrainte de l’acier, est plus conséquente que dans l’essai précédent. De même, la durée de l’essai est bien inférieure, ce qui est assez cohérent, vu l’amplitude de déformation imposée. Par ailleurs, malgré les problèmes de symétrie persistants, la déconsolidation s’illustre un peu mieux dans les deux sens des sollicitations que précédemment (Figure 1.21a).

(a) Courbe σ − ε (b) Courbe ∆σ/2− Nombre de cycles

Figure 1.21 – Essai cyclique à amplitude de déformation totale imposée de 2,2% Le dernier essai du premier type a été réalisé avec un rapport de charge nul (∆ε = 0, 0 − 1, 5%) en raison du niveau de déformation prescrit dans le sens de la traction. Cette approche a été effectuée en vue d’éviter le flambage de l’éprouvette et ainsi une interrup-tion prématurée de l’essai. En dépit d’une amplitude de déformainterrup-tion totale inférieure à l’essai réalisé par Velay, la durée du présent essai est moins importante que celui-ci. Cette constatation est en effet articulée au rapport de charge qui fait que, dans le cas actuel, la plasticité cumulée est plus conséquente dès les premiers cycles. À noter également que la durée de cet essai reste tout de même inférieure à celle des essais présentés ci-dessus. Par

ailleurs, la déconsolidation instantanée n’est pas constatée ici malgré une prise en compte des données acquises dès lors du 20e cycle. Seule une déconsolidation continue et linéaire est apparente sur la quasi-totalité de l’essai, précédant la chute soudaine de la contrainte (Figure 1.22b). Une très faible consolidation est même constatée lors des premières boucles d’hystérésis (Figure 1.22b), mais qui pourrait être une conséquence des problèmes de symé-trie rencontrés fréquemment. Ces derniers sont désormais nettement mis en évidence dans cet essai. Le minimum de la contrainte dans les boucles d’hystérésis a en effet tendance à diminuer au lieu d’augmenter,d’où une certaine translation de ces boucles (Figure 1.22a).

(a) Courbe σ − ε (b) Courbe ∆σ/2− Nombre de cycles

Figure 1.22 – Essai cyclique à amplitude de déformation totale imposée de 1,5% Le Tableau 1.8 résume quelques données caractéristiques des essais cycliques présentés.

Tableau 1.8 – Paramètres caractéristiques des essais de premier type N˚d’essai εmin (%) εmax (%) δσ (MP a) Cycles à rupture

Essai 1 _−0,9 +0,9 73 407

Essai 2 _−1,1 +1,1 95 284

Essai 3 0,0 +1,5 47 698