Effet des contraintes résiduelles sur la propagation des fissures de fatigue sous chargements constants à amplitude variables

Abstract

Les assemblages soudés sont largement utilisés dans les structures industrielles critiques telles que les ponts, les pipelines et les équipements mécaniques. Lors du soudage, les cycles thermiques localisés génèrent des contraintes résiduelles dans la zone affectée thermiquement (ZAT) et dans le métal de soudure, qui influencent de manière significative le comportement en fissuration par fatigue de ces assemblages. Cette étude porte sur l’influence combinée des contraintes résiduelles de soudage et des chargements à amplitude variable sur la propagation des fissures de fatigue dans les joints soudés, en utilisant le logiciel AFGROW. Le matériau étudié est l’acier ASTM A645 Grade 45. Le modèle géométrique consiste en une plaque de 4 mm d’épaisseur avec un trou central et deux fissures initiales. Les simulations ont été réalisées sous des spectres de chargement à amplitude constante et variable, avec et sans contraintes résiduelles, pour différentes valeurs du rapport de charge R (0,1 ; 0,3 ; et 0,5). Les résultats mettent en évidence une dualité d’effet des contraintes résiduelles : les contraintes de traction accélèrent la propagation des fissures en augmentant le rapport de charge effectif Reff et l’amplitude effective du facteur d’intensité de contrainte ΔKeff, réduisant la durée de vie en fatigue d’environ 20%. À l’inverse, les contraintes compressives favorisent la fermeture de fissure et ralentissent la croissance, améliorant ainsi la durée de vie. L’interaction entre le champ de contraintes résiduelles et les séquences de blocs de chargement génère un comportement non linéaire qui doit être pris en compte pour une évaluation fiable de l’intégrité structurale des structures soudées.