Etude de la propagation de fissures sous chargement thermomécanique

Abstract

الملخص (بالعربية) :

الهدف من هذه الدراسة هو التحليل بطريقة العناصر المنتهية لانتشار الشقوق الناتجة عن تحميل ميكانيكي تحت تأثير درجة الحرارة لصفيحة مصنوعة من سبائك الألمنيوم .2024T3 تضم هذه الدراسة ثلاث أجزاء: الجزء الأول من هذه الدراسة مخصص لتطور الإزاحة والتشوه لعملية الاقتران الميكانيكي الحراري، أين تم تسليط الضوء على تأثير نسبة الإزاحة والتشوهات الإجمالية للصفيحة. الجزء الثاني من دراستنا مكرس لتأثير الاجهادات الكامنة على انتشار الشق، أين تظهر النتائج التأثير الايجابي لهذه الاجهادات على تخفيف التحميل مما يؤدي إلى تأخير ملحوظ لانتشار الشقوق. من ناحية أخرى تم تسليط الضوء على تأثير الحرارة على إسترخاء الاجهادات الكامنة. اما الجزء الثالث فيعتمد على تقنية إصلاح الهياكل المتشققة بواسطة الرقع المركبة، أين تم تسليط الضوء بدلالة طول الشق لمختلف الضغوط المطبقة ودرجة الحرارة المتغيرة من ناقص عشرون إلى مئة درجة مئوية على قيم التكامل J ، تظهر النتائج بوضوح أن هذه التقنية تسمح بتمديد عمر الخدمة للهيكل المتصدع المجهد في التعب. ----------------------------------------------

Résumé (Français) :

L’objectif de cette étude est d’analyser par la méthode des éléments finis la propagation de fissures dans une plaque en alliages d'aluminium 2024-T3 sous l’effet d’un chargement mécanique couplé à des conditions environnementales (température). Les travaux réalisés ont été subdivisés en trois grandes parties : Une première partie a été consacrée au suivi de l’évolution de déplacements et de déformations sous l’effet d’un chargement thermomécanique. La deuxième partie a été réservée à l’étude de l’effet des contraintes résiduelles sur la propagation de fissures de fatigue, les résultats obtenus montrent que les contraintes résiduelles ont un effet bénéfique sur la réduction du chargement résultant en pointe de fissure ce qui conduit à un retard signifiant de propagation, l’effet de la température sur la relaxation des contraintes résiduelles a été ainsi mis en évidence. Dans la troisième partie, la technique de réparation des structures fissurées par patch en composite a été utilisée, les valeurs de l’intégrale J en fonction de la longueur de la fissure pour différentes contraintes appliquées et différentes températures allant de -20 à 100°C ont été illustrées. Les résultats montrent clairement que cette technique permet d’améliorer la durée de vie en fatigue d’une structure fissurée.

----------------------------------------------

Résumé (Anglais):

The objective of this study is to analyze by the finite element method the crack propagation in a 2024-T3 aluminum alloy plate under the effect of mechanical loading coupled with environmental conditions (temperature). The work carried out was divided into three main parts: A first part was devoted to monitoring the evolution of displacements and deformations under the effect of a thermo-mechanical loading. The second part was reserved for the study of the effect of residual stresses on the propagation of fatigue cracks, the results obtained show that residual stresses have a beneficial effect on the reduction of the resulting loading at the crack point which leads to a significant delay in propagation, the effect of temperature on the relaxation of residual stresses was thus highlighted. In the third part, the composite patch repair technique for cracked structures was used; the values of the J integral as a function of crack length for different applied stresses and temperatures ranging from -20 to 100°C were illustrated. The results clearly show that this technique can improve the fatigue life of a cracked structure.