FR2987126A1 - Procede d'evaluation de la resistance a la fatigue thermomecanique d'au moins un materiau - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de la résistance à la fatigue thermomécanique d'au moins un matériau. Le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque variante de pièce à base d'un matériau, l'étape de calcul d'une valeur de déformation mécanique uniaxiale pour une zone critique sur ladite pièce par rapport à un paramètre sélectionné de fatigue thermomécanique, ladite zone étant déterminée selon la méthode des éléments finis, et l'étape d'application de ladite valeur de déformation mécanique uniaxiale pour la détermination de cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur au moins une éprouvette à base dudit matériau lors d'essais d'évaluation de ladite éprouvette. Application dans le domaine des tests d'évaluation de la fatigue de matériaux soumis à des sollicitations répétées thermiques et mécaniques, notamment mais pas uniquement pour des pièces de véhicules automobiles.

Description

PROCEDE D'EVALUATION DE LA RESISTANCE A LA FATIGUE THERMOMECANIQUE D'AU MOINS UN MATERIAU La présente invention concerne un procédé d'évaluation de la résistance à la fatigue thermomécanique d'au moins un matériau. La fatigue thermomécanique est définie comme étant un mécanisme d'endommagement d'un matériau constitutif d'une structure sollicitée de manière cyclique sous la forme du couplage d'un chargement thermique répété avec des bridages mécaniques. Ce type de fatigue est lié à l'accumulation d'un endommagement cyclique pour un nombre limité de cycles, généralement inférieur à 100.000, ce qui correspond au domaine de la fatigue dite oligocyclique. Lorsqu'on utilise des matériaux, notamment métalliques, dans un environnement où la température est élevée, les pièces formant ces matériaux, par exemple, mais non limitativement, des pièces de moteur thermique ou de ligne d'échappement de véhicule automobile, sont sensibles à l'endommagement par fatigue thermomécanique en étant soumises à une variation simultanée de sollicitations thermiques et mécaniques tout au long d'un cycle de chargement donné.

Ces chargements sont critiques pour la tenue des structures desdites pièces et sont en partie caractérisés par le déphasage entre les évolutions de températures et de déformations. Ils peuvent avoir une influence notable sur le comportement mécanique des pièces ou sur leur état métallurgique. Afin de caractériser la résistance d'un matériau spécifique, notamment un alliage métallique, à la fatigue thermomécanique, de nombreux essais sont réalisés par les laboratoires de recherche, ces essais pouvant être académiques ou industriels. Il s'agit principalement d'essais de fatigue oligocyclique, couramment désignés sous la dénomination LCF ou d'essais de fatigue thermomécanique, couramment désignés sous la désignation TMF pour Thermo - Mechanical Fatigue. Durant un essai LCF, il est imposé un chargement mécanique caractérisé par une évolution temporelle de charge ou de déformation à appliquer à une éprouvette de laboratoire. L'évolution de la sollicitation mécanique est cyclique et est donc caractérisée par sa fréquence. La température est maintenue constante durant la totalité de l'essai par régulation thermique, ceci par exemple au sein d'une enceinte, à l'aide d'un four ou d'un système de chauffage par induction. L'essai est arrêté lorsqu'on observe une fissuration de l'éprouvette, la fissuration étant détectée, soit visuellement, soit par observation de l'évolution des contraintes maximales par cycle au cours du temps. Un nombre de cycles est associé à un chargement donné pour caractériser la résistance du matériau.

Durant un essai TMF, il est imposé un chargement mécanique caractérisé par une évolution temporelle de déformation à appliquer à une éprouvette de laboratoire. L'évolution de la sollicitation mécanique est cyclique et donc caractérisée par sa fréquence. La température est variable et contrôlée via une régulation thermique, par exemple au sein d'une enceinte, à l'aide d'un four ou d'un système de chauffage par induction, de manière à suivre une évolution cyclique de fréquence identique à la sollicitation mécanique. Il peut y avoir un déphasage entre les évolutions de température et de déformation. L'essai est arrêté quand une fissuration de l'éprouvette est observée. On associe alors un nombre de cycles à un chargement donné pour caractériser la résistance du matériau. Le document FR-A-2 959 313 décrit un tel essai thermomécanique de fatigue. Lorsqu'il est nécessaire de choisir un matériau et un procédé de fabrication pour une pièce donnée, le choix est à faire à partir des résultats d'essais LCF et/ou TMF. On compare alors le comportement et la tenue à la fatigue pour une base d'essais identiques à un même niveau de température et/ou un même niveau de déformation, ladite base étant choisie comme étant représentative du fonctionnement en service de la pièce concernée. Une telle base peut se faire, par exemple mais de manière non restrictive, à la température maximale que peut endurer la pièce et dans une plage de déformation raisonnable, comprenant par exemple de trois à cinq niveaux de déformation se situant entre 0% de déformation et la déformation maximale admise.

Une telle base d'essais ne permet pas de comparaison fiable entre les matériaux et/ou les procédés testés. En effet, on choisit généralement des températures spécifiques pour les tests LCF et des plages de température pour les essais TMF qui sont les mêmes quel que soit le matériau évalué. On compare ensuite la tenue des matériaux en termes du nombre de cycles avant amorçage de fissure pour une sollicitation de déformation mécanique ou de température identique sans tenir compte des propriétés thermiques et thermomécanique (dilatation) des matériaux dans leur environnement de fonctionnement sur une pièce industrielle.

Ces essais ne permettent pas de tenir compte des fortes disparités observées pour une même pièce quand ladite pièce est composée à partir d'un matériau ou d'un autre. Par exemple, la conductivité thermique d'une pièce peut varier du simple au double entre une pièce faite en un matériau et le même type de pièce faite en un autre matériau. Ainsi, soumis à un même flux thermique, deux pièces faites dans des matériaux différents n'auront, en régime stabilisé, pas forcément les mêmes températures maximales d'utilisation et, par conséquent, pas les mêmes niveaux de sollicitation mécanique. Ce paramètre crucial pour le dimensionnement est donc laissé de côté lors de l'élaboration des bases d'essais existantes actuellement.

De plus, le coût financier de telles bases d'essais est souvent important, voire prohibitif. Par exemple, quand deux matériaux sont comparés pour composer un collecteur d'échappement de véhicule automobile, il convient pour une base d'essais de balayer une plage de température très large entre 25°C à 800°C.

Comme une base d'essais LCF standard est composée de vingt à trente essais et est généralement complétée de deux à cinq essais TMF servant à valider les résultats LCF et ne permettant pas, faute de point de comparaison suffisamment fiable, d'établir une hiérarchie entre les matériaux. Le coût par matériau, fréquemment un alliage métallique, est alors d'environ 30kE, ce qui permet de tester peu de matériaux à moins d'être suffisamment certain de leurs possibilités de tenue thermomécanique. Selon l'état de la technique, aucune base d'essai n'est en définitive disponible pour permettre de choisir rapidement entre différents types de matériaux dans un cadre de pré-dimensionnement d'une pièce sujette à la fatigue thermomécanique. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de concevoir un procédé d'évaluation de la résistance à la fatigue thermomécanique d'au moins un matériau composant une pièce qui soit spécifiquement adaptée audit matériau et aux conditions de sollicitations futures de la pièce en requérant le moins d'essais possible, ledit procédé pouvant avantageusement être utilisé pour l'évaluation de plusieurs matériaux pour une même pièce. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé d'évaluation de la résistance à la fatigue thermomécanique d'au moins un matériau destiné à la réalisation d'une pièce mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque variante de pièce à base dudit matériau : - l'étape de détermination du cycle de température à appliquer sur l'éprouvette à base dudit matériau lors d'essais d'évaluation de ladite éprouvette. L'évolution temporelle de la température est déterminée selon la méthode des éléments finis et permet d'avoir accès à la déformation thermique associée. - l'étape de calcul d'une évolution temporelle de la valeur de déformation mécanique uniaxiale pour une zone critique sur ladite pièce par rapport à un paramètre sélectionné et représentatif de l'endommagement cyclique par fatigue thermomécanique, ladite zone étant déterminée selon la méthode des éléments finis, et - l'étape d'application de l'évolution temporelle de ladite valeur de déformation mécanique uniaxiale pour la détermination de cycles mécaniques 25 à appliquer sur une éprouvette à base dudit matériau lors d'essais d'évaluation de ladite éprouvette. Avantageusement, pour le procédé, le calcul de la valeur de déformation mécanique uniaxiale se fait : - par la sélection d'au moins deux noeuds dans un groupe d'éléments 30 avoisinant ladite zone critique, - par la détermination de la longueur séparant les deux noeuds, - par la détermination de la variation de ladite longueur lors d'un cycle de chargement, une valeur de déformation totale mécanique uniaxiale étant ainsi obtenue selon ladite variation, - à laquelle valeur totale on soustrait la valeur de déformation thermique équivalente afin d'obtenir la valeur de déformation mécanique uniaxiale, ladite valeur de déformation thermique étant obtenue à partir du coefficient de dilatation propre audit matériau en fonction de la température. Avantageusement, la sélection d'au moins deux noeuds dans le groupe avoisinant la zone critique s'effectue sur les deux noeuds opposés les plus éloignés l'un de l'autre. Avantageusement, les déterminations de la longueur et de la variation de ladite longueur se font lors d'un chargement mécanique de la pièce tandis que la détermination de la valeur de déformation thermique se fait lors d'un chargement thermique de la pièce.

Avantageusement, la taille du groupe avoisinant la zone critique est choisie de manière à englober une quantité de matière équivalente à celle d'une zone utile de travail de l'éprouvette. Avantageusement, quand plusieurs matériaux destinés à la réalisation d'une pièce mécanique sont évalués, il est pris un matériau de référence, pour lequel le calcul d'une valeur de déformation mécanique uniaxiale ainsi que la détermination de cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur au moins une éprouvette à base dudit matériau de référence sont effectués. Avantageusement, il est tenu compte des propriétés thermiques et du coefficient de dilatation respectifs de chacun des matériaux pour la détermination des cycles respectifs à chacun des matériaux. Avantageusement, les cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur des éprouvettes respectivement à base d'un desdits matériaux lors d'essais d'évaluation desdites éprouvettes présentent un flux thermique identique quel que soit le matériau constitutif des éprouvettes, ledit flux thermique ayant été déterminé pour le matériau de référence. Avantageusement, le procédé comprend un ou des essais à sévérité augmentée du flux thermique identique pour lesdits matériaux.

Avantageusement, les matériaux sont classés en fonction du nombre de cycles avant amorçage de fissure sur une éprouvette pour chacun des essais. L'invention concerne aussi l'application d'un tel procédé d'évaluation à un matériau d'une pièce de véhicule automobile soumise à des sollicitations thermiques et mécaniques. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique des étapes du procédé d'évaluation d'au moins un matériau selon la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique de deux sous-étapes du procédé d'évaluation selon la présente invention concernant la simulation sur éprouvette d'un chargement pour un matériau dit de référence, - la figure 3 est une représentation schématique de trois sous-étapes du procédé d'évaluation selon la présente invention concernant la simulation sur éprouvette d'un chargement pour un matériau autre que le matériau de référence.

La présente invention consiste en un procédé d'évaluation d'au moins un matériau pour la résistance à la fatigue thermomécanique, ce matériau étant destiné à composer une pièce, le procédé d'évaluation tenant aussi compte des conditions de sollicitation thermiques et mécaniques de la pièce lors de son fonctionnement futur.

Avantageusement, le procédé de la présente invention peut être appliqué afin d'effectuer une comparaison entre divers matériaux, notamment des matériaux métalliques et plus particulièrement des alliages, destinés à une même pièce. Sur la base d'un essai de fatigue thermomécanique, on applique un chargement qui est fonction du matériau et du procédé de fabrication de la pièce à partir de ce matériau mais le chargement est aussi représentatif de la pièce donnée. Il est ainsi possible de comparer la résistance des matériaux testés, ceci spécifiquement pour la pièce.

Le procédé selon la présente comprend les étapes suivantes qui sont représentées schématiquement à la figure 1. La première étape, référencée 1 à la figure 1, consiste en un calcul thermique préliminaire sur une pièce donnée pour le matériau évalué ou un des matériaux évaluées étant pris comme matériau de référence. L'objectif du calcul préliminaire thermique est de déterminer un champ de température pour toute la pièce. La seconde étape du procédé selon l'invention consiste en un premier calcul mécanique et est désignée par la référence 2 à la figure 1. L'objectif de ce premier calcul mécanique est de déterminer la zone la plus contrainte de la pièce en termes de fatigue thermomécanique. Ce premier calcul mécanique est basé sur le traitement d'au moins une variable d'endommagement cyclique, fréquemment la densité d'énergie inélastique dissipée. Par exemple, après cinq cycles de sollicitation thermomécanique, pour le dernier cycle calculé, il est possible d'identifier au moins une zone la plus contrainte en termes de fatigue thermomécanique, dite zone critique, qui, selon l'invention, va faire l'objet d'un post-traitement spécifique lors d'un second calcul mécanique. Cette zone critique est déterminée par un calcul selon la méthode des éléments finis permettant de déterminer la zone de la pièce la plus critique vis- à-vis du critère utilisé pour la fatigue thermomécanique. Il est établi une zone de post-traitement spécifique pour les éléments du maillage qui compose la zone critique. Les noeuds situés aux extrémités de maillage de ladite zone sont particulièrement observés (post-traitement de contrainte, déformation, température et déplacement). La troisième étape du procédé selon l'invention, référencée 3 à la figure 1, concerne un second calcul mécanique dont le post-traitement uniquement centré sur la zone critique précédemment déterminée par le premier calcul mécanique.

Ces trois étapes de calcul sont réalisées sur le matériau évalué ou un matériau de référence parmi les matériaux évalués. Pour ce matériau, les propriétés thermiques et la loi de comportement sont connues. Les propriétés thermiques et la loi de comportement ont été en effet prédéterminées expérimentalement, ceci sur une base expérimentale étendue pour certification de la reproductibilité des mesures, ces mesures concernant notamment les températures de déformation, la vitesse de déformation et les niveaux de déformation.

Le but de ces trois premières étapes est donc de déterminer une zone critique dans la pièce et d'identifier sur ladite zone critique un chargement thermique moyen et un chargement mécanique moyen de ladite zone critique en suivant particulièrement le déplacement d'au moins deux noeuds sélectionnés du maillage de la zone critique.

Le fait d'exercer sur une zone critique des chargements thermique et mécanique moyens permet de déterminer par calcul selon la méthode des éléments finis un chargement optimisé et représentatif à la fois des charges thermiques et mécaniques supportées par la pièce en fonctionnement, ce chargement étant destiné à être appliqué en laboratoire sur au moins une éprouvette. Selon la présente invention, ce chargement à appliquer, compte tenu des moyens expérimentaux mis à disposition et en vue de simplification des essais, est uniaxial. Ce chargement uniaxial à appliquer à une éprouvette est à déterminer en fonction de chargements globalement multiaxiaux, composés de déformations à la fois thermiques et mécaniques sollicitant la pièce. Au lieu de faire un choix entre les différentes directions de sollicitations ou d'avoir recours à une trop grande simplification, par exemple selon la déformation équivalente de Von Mises, le choix d'une direction principale maximale, etc., la présente invention propose de suivre les déplacements d'au moins deux noeuds du maillage autour de la zone critique. Conformément à la présente invention, lors de la troisième étape précédemment mentionnée et référencée 3 à la figure 1, il est vérifié tout d'abord que la localisation de la zone critique est conforme à ce qu'on obtient du point de vue expérimental. Il est ensuite procédé à une sélection d'un groupe d'éléments avoisinants la zone critique afin de délimiter le périmètre de ladite zone.

Cette sélection est avantageusement réalisée de manière à obtenir une quantité de matière équivalente à celle dont on dispose au niveau d'une zone utile d'une éprouvette de fatigue ainsi qu'une longueur caractéristique proche de 10mm, cette valeur étant une valeur standard d'entraxe de branches d'extensomètre. Selon la méthode des éléments finis, le groupe sélectionné entourant la zone critique a subi une opération de maillage avec des éléments reliés entre eux par des points appelés noeuds. C'est le déplacement de certains de ces noeuds qui va être suivi dans le groupe lors de chargements thermomécaniques. Lors d'une quatrième étape du procédé selon la présente invention, référencée 4 à la figure 1, il est procédé à l'étude du chargement thermique appliqué sur le groupe sélectionné entourant la zone critique. Il est ainsi procédé au traitement de l'évolution de température sur un cycle pour l'ensemble des noeuds du groupe sélectionné entourant la zone critique et au calcul de la température moyenne du groupe tout au long du cycle. De manière générale, il n'existe que très peu de différence au niveau de la température instantanée entre tous ces noeuds observés, du fait qu'une zone critique est principalement située dans une région qui voit, au cours d'un cycle, le maximum d'amplitude thermique pour un gradient spatial finalement assez faible. Lors d'une cinquième étape du procédé selon la présente invention, référencée 5 à la figure 1, il est procédé à l'étude du chargement mécanique appliqué sur le groupe sélectionné entourant la zone critique, cette étape étant 25 avantageusement menée en parallèle de l'étape précédente référencée 4. Il est procédé à l'extraction des déplacements aux noeuds et à leur analyse, ceci pour l'ensemble des noeuds du groupe sélectionné. Il peut être constaté que les directions de déplacements instantanés des noeuds sont, la plupart du temps, identiques pour tous les noeuds observés. Seules les 30 amplitudes diffèrent. Avantageusement, il est sélectionné deux noeuds situés de part et d'autre de la zone critique, plus particulièrement à des extrémités opposées du groupe précédemment sélectionné entourant la zone critique. Ces deux noeuds présentent ainsi les différences d'amplitude de déplacement les plus marquées des noeuds du groupe. Il est procédé alors au calcul du déplacement relatif d'un desdits noeuds par rapport à l'autre au cours d'un cycle, ce qui correspond à une déformation macroscopique qui serait équivalente à ce que pourrait mesurer un extensomètre placé au niveau de la zone critique étudiée. Lors de cette cinquième étape, il est aussi procédé au calcul d'une longueur de référence, cette longueur étant la distance entre les deux noeuds sélectionnés. A partir de cette longueur et du déplacement relatif entre les deux noeuds, il est obtenu une déformation équivalente uniaxiale appliquée au volume élémentaire que représente le groupe d'éléments sélectionné. Dans ce calcul, il n'est pas tenu compte de la rotation possible de la direction de déplacement et donc du tenseur de déformation mécanique. Ceci est cependant justifié du fait qu'il est recherché une amplitude de déformation et que de toute façon, les essais futurs de chargement seront réalisés selon un montage uniaxial. Lors de cette cinquième étape, il est aussi procédé au calcul d'une déformation mécanique uniaxiale pure par soustraction de la déformation thermique. La connaissance du coefficient de dilatation du matériau de référence en fonction de la température ainsi que l'évolution de la température au cours du cycle permettent de déterminer une déformation thermique équivalente appliquée au volume élémentaire que représente le groupe d'élément sélectionné. En soustrayant la déformation thermique équivalente à la déformation totale uniaxiale précédemment obtenue, on obtient une 25 déformation mécanique uniaxiale pure qui constitue le chargement élémentaire appliqué localement à la pièce au niveau de la zone critique. La sixième étape du procédé, référencée 6 à la figure 1, concerne la détermination par calcul d'au moins une éprouvette de fatigue thermomécanique avec les différentes conditions obtenues, ceci compte tenu 30 de la quatrième étape relative au chargement thermique et de la cinquième étape relative au chargement mécanique.

Lors de cette sixième étape du procédé, référencée 6 à la figure 1, il est aussi procédé à la détermination du flux thermique à appliquer sur les éprouvettes, celles-ci pouvant être en matériaux évalués différents. La figure 2 montre deux sous-étapes de la sixième étape appliquée à un unique matériau à évaluer. Ce matériau peut aussi être un matériau de référence quand plusieurs matériaux sont évalués. Dans le cas d'un unique matériau, il est procédé à une simulation d'un chargement thermique via un flux surfacique 0 sur une éprouvette E. Ensuite, il est procédé au remplacement du flux 0 par un flux optimisé (Popt pour obtenir un chargement thermique optimisé. La figure 3 montre trois sous-étapes de la sixième étape appliquée à divers matériaux à évaluer. Comme précédemment mentionné, il est choisi un matériau de référence. Ce matériau de référence sert de base de comparaison pour tout le protocole comparatif. C'est ledit matériau de référence, dont les paramètres physiques sont connus, qui permet d'obtenir le flux optimisé lopt qui est ensuite appliqué à l'ensemble des autres matériaux. Le flux optimisé lopt appliqué à une éprouvette E pour obtenir les évolutions de température désirées est alors déterminé pour le matériau de référence, conformément à ce qui a été mentionné précédemment en relation avec la figure 2. Quand les autres matériaux sont testés, par exemple d'autres alliages métalliques, les conditions d'essai pour les matériaux autres que le matériau de référence sont ensuite obtenues en simulant les essais avec le même flux optimisé lopt, pour le pilotage en température et avec une déformation mécanique corrigée en fonction de la dilatation thermique propre à chacun des matériaux testés. La sous-étape référencée 6a à la figure 3 prévoit un nouveau chargement thermique spécifique au matériau évalué tenant compte des propriétés thermiques dudit matériau par rapport au matériau de référence.

La sous-étape suivante référencée 6b à la figure 3 prévoit une nouvelle déformation thermique spécifique au matériau évalué tenant compte de la différence entre les coefficients de dilatation pour ledit matériau évalué et le matériau de référence.

La déformation mécanique propre audit matériau évalué autre que le matériau de référence est obtenue en soustrayant à la déformation mécanique totale la déformation thermique propre audit matériau. Lors de la comparaison entre divers matériaux, pour choisir un chargement spécifique et l'appliquer à chacun des matériaux à évaluer, il convient donc de connaître les propriétés thermiques standards desdits matériaux, par exemple la chaleur spécifique, le coefficient de dilatation thermique et la conductivité thermique. Afin de comparer la tenue des matériaux sous un chargement thermomécanique en flux optimisé lopt identique, plusieurs essais peuvent être réalisés à partir du même flux optimisé lopt. On peut également choisir d'augmenter la valeur de ce flux lopt pour dégager les matériaux les plus susceptibles de résister à une augmentation de la sévérité du chargement. Les différents matériaux peuvent être classés en fonction du nombre 15 de cycles avant amorçage de fissure pour chacun des essais d'éprouvettes. Chacune des conditions d'essai est différente mais en définitive chaque éprouvette reçoit le même flux de chaleur et ceci permet une hiérarchisation des matériaux évalués en fonction de leur résistance à un chargement de la pièce. Le processus de hiérarchisation est donc plus fiable pour choisir un 20 matériau sur la base d'une utilisation pour une pièce donnée que celui de l'état de la technique qui ne prévoyait pas de variations des conditions d'essai selon le matériau évalué. Ainsi, conformément à l'invention, il est proposé des simulations basées sur la méthode des éléments finis permettant de déterminer un 25 chargement anisotherme et uniaxial représentatif de zones critiques pour la fatigue thermomécanique. A partir de mesures de propriétés thermiques élémentaires, il est ainsi possible de déterminer des cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur des éprouvettes en respectant le principe d'un flux thermique optimisé identique quel que soit le matériau constitutif de 30 l'éprouvette. Appliqués sur divers matériaux, ces essais permettent de hiérarchiser les matériaux. Elaboré conformément au procédé de la présente invention, l'essai de caractérisation à flux optimisé identique pour un essai TMF précédemment mentionné est un outil rapide, le nombre d'essais et le temps d'essai nécessaires pour avoir une idée du potentiel du matériau étant divisés par cinq en comparaison d'un essai conformément à l'état de la technique. Ceci abaisse le prix de tels essais qui avoisine les 5 à 10kE contre 20 à 30kE pour un essai de l'état de la technique. De plus, le procédé selon la présente invention est très efficace en ce qui concerne la prise de décision quant à un éventuel choix de matériaux dans une phase de conception ou d'avant-projet. Avantageusement, l'obtention du chargement local sur la pièce peut faire l'objet de légères variantes concernant notamment le choix de la zone critique, le choix des noeuds à suivre pour mesurer la déformation, etc... Un tel procédé d'évaluation trouve une application avantageuse et non limitative pour l'évaluation d'un ou de matériaux destinés à constituer une pièce de véhicule automobile sollicitée thermiquement et mécaniquement.

Ceci vaut particulièrement pour des pièces présentes dans le moteur ou la ligne d'échappement du véhicule. Par exemple, l'augmentation des flux de combustion liée à des contraintes de consommation et de dépollution implique nécessairement des risques accrus de rupture par fatigue thermomécanique pour des pièces 20 comme le collecteur d'échappement ou le turbo-collecteur. Le dimensionnement et la caractérisation de ces pièces et des matériaux les constituant à la fatigue thermomécanique est donc plus que jamais d'actualité. De plus, la multiplication des matériaux possibles pour ces applications implique également la nécessité de faire des choix fiables et 25 rapides pour l'évaluation des matériaux.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation de la résistance à la fatigue thermomécanique d'au moins un matériau destiné à la réalisation d'une pièce mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque variante de pièce à base dudit matériau : - l'étape de calcul d'une évolution temporelle de température pour une zone critique sur ladite pièce, et - l'étape de calcul d'une évolution temporelle de la valeur de déformation mécanique uniaxiale pour une zone critique sur ladite pièce par rapport à un paramètre sélectionné de fatigue thermomécanique, ladite zone étant déterminée selon la méthode des éléments finis, et - l'étape d'application de ladite évolution temporelle de la valeur de déformation mécanique uniaxiale pour la détermination de cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur au moins une éprouvette (E) à base dudit matériau lors d'essais d'évaluation de ladite éprouvette (E).
2. 2. Procédé d'évaluation selon la revendication précédente, pour lequel le calcul de la valeur de déformation mécanique uniaxiale se fait : - par la sélection d'au moins deux noeuds dans un groupe d'éléments avoisinant ladite zone critique, - par la détermination de la longueur séparant les deux noeuds, - par la détermination de la variation de ladite longueur lors d'un cycle de chargement, une valeur de déformation totale mécanique uniaxiale étant ainsi obtenue selon ladite variation, - à laquelle valeur totale on soustrait la valeur de déformation thermique équivalente afin d'obtenir la valeur de déformation mécanique uniaxiale, ladite valeur de déformation thermique étant obtenue à partir du coefficient de dilatation propre audit matériau en fonction de la température.
3. 3. Procédé d'évaluation selon la revendication précédente, dans lequel la sélection d'au moins deux noeuds dans le groupe avoisinant la zone critique s'effectue sur les deux noeuds opposés les plus éloignés l'un de l'autre.
4. 4. Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel les déterminations de la longueur et de la variation de ladite longueur se font lors d'un chargement mécanique de la pièce tandis que la détermination de la valeur de déformation thermique se fait lors d'un chargement thermique de la pièce.
5. 5. Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des trois revendications précédentes, pour lequel la taille du groupe avoisinant la zone critique est choisie de manière à englober une quantité de matière équivalente à celle d'une zone utile de travail de l'éprouvette (E).
6. 6. Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour lequel, quand plusieurs matériaux destinés à la réalisation d'une pièce mécanique sont évalués, il est pris un matériau de référence, pour lequel matériau le calcul d'une valeur de déformation mécanique uniaxiale ainsi que la détermination de cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur au moins une éprouvette (E) à base dudit matériau de référence sont effectués.
7. 7. Procédé d'évaluation selon la revendication précédente, pour lequel il est tenu compte des propriétés thermiques et du coefficient de dilatation respectifs de chacun des matériaux pour la détermination des cycles respectifs à chacun des matériaux.
8. 8. Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, pour lequel les cycles thermiques et mécaniques à appliquer sur des éprouvettes (E) respectivement à base d'un desditsmatériaux lors d'essais d'évaluation desdites éprouvettes (E) présentent un flux thermique identique (lopt) quel que soit le matériau constitutif des éprouvettes (E), ledit flux thermique identique (lopt) ayant été déterminé pour le matériau de référence.
9. 9. Procédé d'évaluation selon la revendication précédente, lequel comprend un ou des essais à sévérité augmentée du flux thermique identique (lopt) pour lesdits matériaux.
10. 10. Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, pour lequel les matériaux sont classés en fonction du nombre de cycles avant amorçage de fissure sur une éprouvette pour chacun des essais.
11. 11.Application d'un procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications précédentes pour au moins un matériau d'une pièce de véhicule automobile soumise à des sollicitations thermiques et mécaniques.