Stresser

Figure 1 – Le de Havilland DH 106 Comet fut le premier avion de ligne commercial au monde et comportait une cabine pressurisée conçue pour les vols transatlantiques. En 1954, environ un an et demi après leur entrée en service, trois Comètes se sont brisées en plein vol, entraînant la perte de passagers et d'équipage. À la suite des accidents, l'avant du fuselage a été testé pour vérifier la fatigue du métal en mettant la cabine sous pression à plusieurs reprises dans un réservoir d'eau. Les essais en cycle sous pression ont identifié des emplacements de fortes contraintes aux coins des fenêtres en raison de leur forme carrée. Afin de minimiser les concentrations de contraintes dans ces régions, les concepteurs de l'avion ont rendu les fenêtres plus rondes ou ovales. (Maurice Savage / Alamy Banque D'Images

Figure 2 - Cycle basé sur les contraintes entièrement inversé

Figure 3 - Cycle de stress répété. La figure 3 représente un cycle de contrainte répété dans lequel la contrainte maximale et la contrainte minimale ne sont pas égales en ampleur. Les deux contraintes sont en traction mais elles peuvent aussi être en traction et compression ou en compression uniquement.

Figure 4 – Machine d'essai de fatigue de Wohler (2). Une broche (a) au centre de la machine est soutenue par deux blocs de roulement (b) et tourne à environ 15 tr/min. Deux axes (éprouvettes) ont été montés aux deux extrémités de la broche rotative et des forces de flexion ont été appliquées aux axes via un mécanisme à ressort (f) situé aux deux extrémités de la machine. Au cours de chaque révolution, les deux essieux étaient soumis à une contrainte de flexion complètement inversée. L'ampleur de la contrainte de flexion a été ajustée par la tension du mécanisme à ressort.

Figure 5 – Courbes SN de Wohler pour l'acier d'essieu Krupp (2).

Figure 6 - Diagrammes SN pour l'acier, l'aluminium et le plastique renforcé de fibres.

Figure 7- Machine d'essais de fatigue en flexion à barres rotatives Ducom Instruments. Une éprouvette montée en porte-à-faux avec chargement en un seul point est mise en rotation et donc soumise à un moment de flexion. Le principe est similaire à celui de la machine de Wohler construite au XIXe siècle. Avec l'aimable autorisation de Ducom Instruments

Figure 8 – Ce système de test de fatigue est configuré pour tester les implants dentaires conformément à la norme ISO 14801 Implants dentaires – Test de fatigue dynamique pour les implants dentaires endo-osseux. Source : ADMET

Figure 9 – Un système d'essai de fatigue par torsion configuré pour effectuer des essais de fatigue sur de petits composants utilisés dans des équipements électroniques portables Source : ADMET

Depuis 1850, nous savons que le métal soumis à des contraintes fluctuantes se brisera à une contrainte bien inférieure à celle requise pour provoquer une rupture lors d'une seule traction quasi statique pour se rompre. L’échec se produit généralement sans avertissement et entraîne une fracture d’apparence fragile sans déformation significative. La fatigue des métaux est un processus en plusieurs étapes et est souvent décrite comme comportant quatre étapes.

Étape 1: Initiation de fissure : une pièce est endommagée lorsqu'une microfissure se forme à un point de concentration de contraintes élevée. Les points de concentration de contraintes élevées sont généralement situés au niveau des encoches, des arêtes vives ou des coins. Le recuit est utilisé pour réparer les métaux endommagés lors de l’étape 1.

Étape 2 :Bande de glissement ou croissance de fissure de stade 1 : La fissure initiale s'approfondit sur les plans de contrainte de cisaillement élevée et devient bien définie.

Étape 3 :Croissance de fissure de stade II : La fissure bien définie se développe dans une direction normale à la contrainte de traction maximale.

Étape 4 :Rupture ductile : lorsque la fissure atteint une longueur critique, la section transversale restante ne peut pas supporter les forces appliquées et la pièce se rompt.

Tests de cycles

Les essais de fatigue sont le plus souvent effectués sous un chargement à amplitude constante basé sur des contraintes. Les échantillons de test peuvent être soumis à diverses géométries de formes d'onde, mais les sinusoïdes sont les plus répandues. La figure 2 représente une forme d'onde sinusoïdale basée sur la contrainte montrant des cycles de contrainte entièrement inversés. Les contraintes maximales et minimales sont égales et opposées dans un essai en cycle entièrement inversé. Par convention les contraintes de compression sont négatives.

La plupart des essais de fatigue basés sur les contraintes sont effectués en utilisant un chargement entièrement inversé. Cependant, il existe de nombreux exemples dans lesquels une charge entièrement inversée n'est pas effectuée, soit parce que cela n'est pas possible, soit parce qu'en service normal, un composant n'est soumis qu'à des forces dans une seule direction. Des exemples de cycles de contraintes répétés comprennent les essais de fatigue par compression uniquement sur les implants de hanche et les essais de tension uniquement sur les tôles d'acier (les matériaux minces se déforment en compression).