Synthèse et analyse

Compte tenu du contexte de cette étude, à savoir le calcul de la durée de vie en fatigue d’assemblages soudés automobiles soumis à un chargement multiaxial à amplitude variable, nous pouvons dégager une analyse critique des approches de calcul présentées.

Tout d’abord, toutes les méthodologies étudiées utilisent une identification de paramètres et de courbes de Wöhler réalisée directement sur des assemblages soudés. Renault va même plus loin et réalise l’identification directement sur des essais de suivi de production sur pièce réelle. Ce type de technique est très intéressant et permet de prendre en compte de

forme indirecte l’effet sur la durée de vie en fatigue d’un certain nombre de paramètres complexes du joint soudé, comme par exemple l’hétérogénéité du matériau et les contraintes résiduelles. Cela permet, ensuite, l’utilisation d’un modèle de calcul simplifié, mais induit certaines limitations liées aux géométries testées. Ce type d’approche sera utilisé sur la méthodologie proposée dans III.8.

En ce qui concerne les autres aspects du calcul, la méthode de la contrainte nominale semble assez limitée pour une application automobile. En effet, cette méthodologie présente une vision trop globale de la structure qui est incompatible avec les structures complexes et les chargements multiaxiaux rencontrés dans le contexte automobile.

Les méthodologies de type local pourraient présenter un intérêt si elles sont associées à un critère de fatigue capable d’intégrer le chargement multiaxial. Néanmoins, la valeur locale semble trop restreinte pour représenter correctement le comportement de la structure. En effet, la valeur locale dans une entaille n’est pas toujours suffisante pour caractériser le comportement de la structure en fatigue, la distribution de contraintes en proximité de la singularité géométrique semble jouer un rôle essentiel. Ce point sera approfondi dans III.8. D’un point de vu numérique, ce type de méthodologie est également extrêmement dépendant du maillage.

Les méthodologies de type contrainte structurale sont très intéressantes. En effet, cette contrainte de conception prend en compte l’effet du gradient aux alentours des entailles géométriques représentées par les pieds du cordon. Ce type de méthodologie associé à un critère de fatigue multiaxial pourrait fournir des résultats intéressants. Néanmoins, les méthodologies étudiées ne prennent pas en charge le calcul en racine.

Fayard s’est inspiré dans les méthodologies de calcul basées sur la contrainte structurale et a proposé de règles de maillage spécifiques pour la création d’un modelé EF coque. Ce modèle permet un gain en temps de calcul et l’obtention d’une contrainte de conception en pied de cordon. L’utilisation du critère de Dang Van permet d’intégrer le chargement multiaxial à la prédiction de la durée de vie.

Néanmoins, l’utilisation dans le contexte étudié par Renault a révélé une série de limitations de cette méthodologie. Tout d’abord, tout comme les méthodologies traditionnelles basées sur la contrainte structurale, cette méthodologie ne permet pas le calcul en racine. Ensuite, le gain en termes de prédiction apporté par le critère de Dang Van s’est révélé insuffisant par rapport à l’augmentation en complexité et au temps de calcul. L’observation du critère de Dang Van sera analysée dans la partie I.3.1.

Renault s’est inspiré des études réalisées par Fayard pour développer deux méthodologies. La première utilise les règles de maillage proposées par Fayard avec une règle supplémentaire en racine, afin d’avoir une contrainte de conception à ce point. La deuxième méthodologie est basée sur un calcul global / local. Le calcul global est réalisé à l’aide du

maillage coque comme pour la méthodologie standard. Les valeurs obtenues à l’aide du calcul global sont, ensuite, réinjectés dans un modèle local volumique du joint soudé. Cette opération permet d’obtenir les valeurs locales de contraintes aux pieds et à la racine du joint soudé. Malgré les hypothèses utilisées lors de ce calcul et l’utilisation des valeurs locales, cette méthodologie présente un indice de succès dans la prédiction de sites de rupture supérieure à 90% [Renault, 2009]. Toutefois, cette technique peut présenter un certain niveau de fausses alertes.

En analysant le contexte de la réalisation des calculs par Renault, nous pouvons identifier une série d’éléments pouvant justifier les défaillances non identifiées et les fausses alertes. Tout d’abord l’utilisation d’une valeur locale, comme déjà mentionné précédemment, peut mener à des prévisions erronées. Ensuite, compte tenu des calculs réalisés à l’aide d’un spectre multiaxial à amplitude variable pour les deux méthodologies et du spectre présentant des cas de chargement non proportionnels, un critère de type contrainte maximale principale peut s’avérer insuffisant. De plus, nous allons voir dans la partie II.3 que le spectre de chargement étudié présente des fortes variations d’amplitude. De ce fait, l’utilisation d’une règle de cumul de dommage linéaire n’est probablement pas suffisante pour prendre en compte la non linéarité induite par les effets de séquence des différents blocs du spectre.

D’une façon générale, les méthodologies employant les règles de maillage proposées par Fayard peuvent présenter des limitations pour la modélisation des pièces complexes. La figure présente des cas identifiés sur des pièces châssis où l’accumulation d’éléments rigides altère la rigidité de la structure et peut mener à des résultats erronés. Ce type de modélisation pose, également, un problème pour la conversion global / local.

Figure I-22 Zones d’accumulation d’éléments rigides [Renault, 2009]

L’utilisation de règles de maillages spécifiques, comme les règles proposées par Fayard pour la contrainte structurale ou pour l’IIW pour le modèle volumique, peuvent être source d’erreur. La puissance de calcul montante induit une utilisation des modèles volumiques détaillés de plus en plus présente en industrie. Ainsi, sur cette thèse, il serait envisageable de travailler sur un modèle volumique fidèle au joint soudé, ou sur une tranche

2D représentative de la géométrie locale, afin de réaliser l’étude avec un minimum d’incertitudes possibles.

Cette analyse permet d’identifier trois perspectives de travail : • Critère de fatigue multiaxial

o Les critères de fatigue multiaxiaux semblent peut étudiés dans le contexte des assemblages soudés. Le critère de Dang Van a été employé avec succès, néanmoins ce critère peut mener à des temps de calcul importants et des imprécisions dans la prévision de chargements non proportionnels. Ce point sera étudié dans la partie I.3.

• Cumul de dommage non linéaire

o L’interaction entre les blocs d’un spectre de chargement à amplitude variable peut mener à une évolution du dommage non linéaire. Ainsi, l’utilisation d’une règle de cumul de dommage linéaire peut mener à des prévisions erronées. Ce point sera développé dans la partie I.4. • Méthode de calcul non-local

o Les méthodologies basées sur la contrainte structurale et les méthodologies développées par Fayard et Renault ont démontré l’intérêt de ce type d’approche. Il serait intéressant de développer une méthode capable d’apporter des prévisions fiables en racine. Ce point sera développé dans la partie I.5