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Programme détaillé

Un grand nombre d'accidents catastrophiques dans le domaine de l'aviation, de l'aérospatial et d'une manière générale du génie industriel, a pour origine la fissuration et la rupture de pièces mécaniques. L'une des principales causes d'amorçage de fissuration est la fatigue des matériaux et des structures. Celle-ci peut survenir sur toute structure soumise à des chargements variables. Or les structures mécaniques sont toujours soumises à des chargements thermomécaniques variables (cycliques ou aléatoires) : charges roulantes, vibratoires, rotatives.
Ainsi, les rails subissent les charges roulantes, leurs fluctuations, les variations de températures entre le jour et la nuit, entre l'été et l'hiver. Les éléments des centrales nucléaires sont soumis aux cycles marche-arrêt ; les tuyauteries connaissent, dans les zones de mélange entre les fluides chauds et froids, des sollicitations thermiques aléatoires. Les avions, entre plus des cycles décollage -atterrissage, subissent des turbulences, des fluctuations d'efforts dus au vent, tout comme les différents ouvrages d'art.

Des ruptures peuvent apparaître après un nombre très élevé de cycles de sollicitations sans aucun signe extérieur de dommage, alors même que la structure travaille dans le domaine élastique : on parle dans ce cas de fatigue à grand nombre de cycles. En régime plastique, la fatigue apparaît plus rapidement ;  on la qualifie alors de fatigue à faible nombre de cycles.

Aussi, ce cours débute par la présentation des critères de dimensionnement des structures, puis sur celle du problème de l'amorçage de fissures de fatigue. Un historique de la fatigue est effectué afin de mieux illustrer les difficultés rencontrées dans la formulation de critères fiables ainsi que dans le dimensionnement de structure à la fatigue.

On montre qu'au niveau macroscopique la nature de la fatigue susceptible de survenir est fonction de l'état stabilisé de déformations plastiques. Lorsque ces dernières sont importantes, il y a risque de fatigue oligocyclique (ou fatigue à faible nombre de cycles), alors que dans le cas où elles sont négligeables il y a plutôt risque de fatigue polycyclique (à grand nombre de cycles).
Ceci nous amène naturellement à étudier les états asymptotiques de structures élastoplastiques
soumises  des chargements cycliques. Trois types d'états stabilisés  (adaptation, accommodation ou rochet) sont possibles. Une condition suffisante d'adaptation est donnée. Elle est d'une importance primordiale pour la suite du cours, aussi  bien au niveau macroscopique dans la formulation locale du critère de fatigue (de Dang Van).

Ensuite, on s'intéresse  la fatigue polycyclique des métaux. Une présentation des critères classiques est faite. Elle permet de souligner leurs insuffisances, et de montrer la nécessité de tenir compte du trajet de chargement. Celle-ci est réalisée au moyen de l'approche macro-micro proposée par Dang Van.

Enfin, une introduction au problème de la fatigue à faible nombre de cycles vient clore cette première partie du cours. Elle donne aux élèves des notions permettant la détermination de la durée de vie des structures travaillant dans le régime plastique.

Mots clés

Méthodes pédagogiques