Qu’est-ce qu’un test de fatigue ?

Test de fatigue

Les tests de fatigue déterminent la résistance des matériaux ou la capacité des matériaux à résister aux dommages, à la perte de résistance et à la défaillance sous l’application répétée d’une charge ou également connue sous le nom de chargement cyclique. Du point de vue de la conception, une sélection de matériaux est faite pour atteindre ou dépasser les charges de service qui sont prévues dans les applications d’essais de fatigue. Les tests de fatigue cycliques génèrent généralement des chargements et déchargements répétitifs en traction, compression, flexion, torsion ou des regroupements de ces contraintes.

La compréhension des propriétés de fatigue est l’un des aspects les plus vitaux de la recherche et du développement, de la sécurité des produits et des procédures de vérification des matériaux.

Procédure de test de fatigue

Un test de fatigue calcule comment les forces cycliques influenceront une pièce ou un matériau au fil du temps, en utilisant des charges, des vitesses et des conditions environnementales fluctuantes pour établir des modèles prédictifs du comportement du matériau. Alors que la plupart des tests de fatigue sont effectués pour tracer la contrainte (S) en fonction du nombre de cycles jusqu’à la défaillance (N) (également appelée courbe SN), ils peuvent également être utiles pour simuler des situations particulières et étudier des défaillances réelles. 

Pour effectuer un essai de fatigue, une éprouvette est chargée dans un testeur de fatigue ou une machine d’essai de fatigue et chargée en utilisant la contrainte d’essai prédéterminée, puis déchargée à une charge nulle ou à une charge opposée. Ce cycle de chargement et de déchargement est ensuite répété jusqu’à la fin du test. Le test peut être exécuté jusqu’à un nombre prédéterminé de cycles ou jusqu’à ce que l’échantillon ait échoué en fonction des paramètres du test. La contrainte de fatigue est appliquée à plusieurs reprises à l’échantillon à l’aide d’une gamme de formes d’onde de charge, comme illustré dans l’image ci-dessous. La forme de l’onde de charge est généralement sinusoïdale, bien que des charges triangulaires et en blocs soient également utilisées. La fréquence des cycles de charge est généralement faible, généralement de 1 à 20 Hz (c’est-à-dire des cycles de charge par seconde), pour empêcher l’échauffement de l’échantillon, ce qui peut influencer les résultats de fatigue.

formes d’onde de fatigue

Types de tests de fatigue

Il existe plusieurs types courants d’essais de fatigue, ainsi que trois types d’essais courants :

  1. Fatigue à cycle élevé (HCF) ou cycle élevé à charge contrôlée et
  2. La fatigue à faible cycle (LCF) contrôlait la fatigue à faible cycle.
  3. Fatigue thermomécanique (TMF)

Un essai de fatigue cyclique (HCF) a tendance à être lié aux charges dans le système élastique et les essais de fatigue cyclique (LCF) incluent normalement des déformations plastiques. La fatigue thermomécanique (TMF) permet de comprendre les propriétés des matériaux sous contrainte thermique et mécanique cyclique en temps réel.

Types de chargement dans le test de fatigue

Lors des essais de fatigue, une éprouvette ou un composant réel est testé sous chargement cyclique. Généralement, lors des essais de fatigue, les éprouvettes sont chargées en :

  1. Tension – tension,
  2. Compression – compression et
  3. Tension en compression et inversement.

Qu’est-ce qu’une courbe SN dans le test de fatigue ?

Une SN-Curve (parfois écrite SN Curve) est un tracé de l’amplitude de la contrainte alternée par rapport au nombre de cycles jusqu’à la rupture pour un matériau donné. Généralement, la contrainte et le nombre de cycles sont affichés sur des échelles logarithmiques.

Compte tenu d’un historique de temps de chargement et d’une courbe SN, on peut utiliser la règle de mineur pour déterminer les dommages cumulés ou la durée de vie en fatigue d’une pièce mécanique.

Qu'est-ce que la durée de vie en fatigue - Courbe SN - Courbe de Woehler - Définition |  Propriétés matérielles

Les courbes SN sont généralement développées à l’aide d’une machine d’essai de coupons métalliques ( illustrée dans la figure ci-dessous ). Un petit coupon de métal est placé dans la machine et soumis à un historique de contraintes cycliques (ou alternées) jusqu’à ce qu’une fissure ou une défaillance se produise dans le coupon de métal.

Plusieurs coupons doivent être testés à différents niveaux de stress pour développer une SN-Curve. La figure  ci – dessous  illustre une courbe SN typique dérivée du test de coupons métalliques.

Normes/Spécifications des tests de fatigue

  • ASTM C1368 Croissance lente des fissures des céramiques en flexion
  • ASTM C394 Fatigue au cisaillement – Matériaux d’âme sandwich
  • ASTM D3479 Fatigue en traction-tension des matériaux composites à matrice polymère
  • ASTM D7774 Équipement d’essai de fatigue de flexion pour les plastiques
  • Équipement d’essai de matériaux tubulaires à paroi mince de fatigue axiale-torsion ASTM E2207
  • Équipement de test de fatigue thermomécanique ASTM E2368
  • Équipement d’essai à hautes températures de fatigue de fluage d’ASTM E2714
  • Tests de fatigue à amplitude constante à charge contrôlée ASTM E466 des métaux
  • Machines d’essai de système d’essai de fatigue axiale de force constante d’ASTM E467
  • Essais de fatigue à cycle élevé et faible à contrainte contrôlée ASTM E606
  • Équipement d’essai de croissance de fissure de fatigue ASTM E647
  • ISO 15024 Résistance à la rupture interlaminaire des machines d’essai de composites plastiques
  • Procédure d’essai de fatigue de traction NASM 1312-11 pour les attaches aéronautiques