Dimensionnement à la fatigue polycyclique de structures soudées - École polytechnique Access content directly
Theses Year : 1996

Polyzyklische Ermüdungsbemessung von Schweißkonstruktionen

High cycle fatigue design of welded structures

Dimensionnement à la fatigue polycyclique de structures soudées

Abstract

Es wird eine Berechnungsmethode entwickelt, um das Verhalten von kugelgeschweißten Stahlkonstruktionen bei polyzyklischer Ermüdung vorherzusagen. Das Verfahren schlägt die Verwendung einer einzigartigen Wöhler-Entwurfskurve vor, die unabhängig von der Geometrie der Struktur und der aufgebrachten Belastung gültig ist. Die Kenntnis der Bemessungsspannung S und die Verwendung der Wöhlerlinie können verwendet werden, um die Lebensdauer einer beliebigen Struktur abzuschätzen. Die Bemessungsspannung S wird aus dem geometrischen Spannungszustand am heißen Punkt der Struktur durch eine Finite-Elemente-Berechnung in linearer Elastizität basierend auf der Theorie der dünnen Schalen bestimmt. Gitterregeln werden auf die geschweißte Verbindung angewendet. Sie gelten unabhängig von der Schweißsituation. Die Verwendung der Größe der maximalen Hauptspannung als Bemessungsspannung S ist für die meisten in der Praxis behandelten Fälle geeignet. Im allgemeinen Fall ist S jedoch eine Linearkombination zwischen der Größe der maximalen Scherung und dem hydrostatischen Druck. Die Methode ist von Designern direkt anwendbar. Es wurde durch zahlreiche Testergebnisse an mechanisch geschweißten Automobilteilen und mehrachsigen Ermüdungstests aus der Literatur validiert.
A numerical calculation method is developed to predict the behaviour of arc-welded steel structures submitted to high cycle fatigue. The method proposes the use of a unique S-N design curve, whatever the geometry of the structure and the applied loading. The determination of the design stress S and the use of the S-N curve allow the fatigue life of any structure to be determined. The design stress S is defined from the geometrical stress state obtained at the hot spot of the structure by a linear elastic finite element calculation based on the thin shell theory. Meshing rules are established for the welded connection. They can be applied methodically to any welding situation. For most of the cases encountered in practice, the design stress is defined as the maximum principal geometrical stress amplitude. Nevertheless, in the general case, S is a linear relation between the maximum shear stress amplitude and the maximum hydrostatic pressure. The method is directly applicable by the designers. It has been validated on numerous arc-welded automobile components and on results of studies concerning multiaxial fatigue found in the literature.
Une méthode de calcul est développée pour prédire le comportement des structures en acier soudées par cordons soumises à la fatigue polycyclique. La méthode propose l’utilisation d’une courbe de dimensionnement S-N unique, valable quels que soient la géométrie de la structure et le chargement appliqué. La connaissance de la contrainte de dimensionnement S et l’utilisation de la courbe S-N permettent d’estimer la durée de vie de n’importe quelle structure. La contrainte de dimensionnement S est définie à partir de l’état de contrainte géométrique obtenu au point chaud de la structure par un calcul éléments finis en élasticité linéaire basé sur la théorie des coques minces. Des règles de maillage sont appliquées à la jonction soudée. Elles sont valables quelle que soit la situation de soudage. L’utilisation de l’amplitude de la contrainte principale maximale, comme contrainte de dimensionnement S, convient à la plupart des cas traités dans la pratique. Néanmoins, dans le cas général, S est une combinaison linéaire entre l’amplitude du cisaillement maximum et la pression hydrostatique. La méthode est directement applicable par les concepteurs. Elle a été validée à partir de nombreux résultats d’essais obtenus sur des pièces mécano-soudées automobiles et sur des essais de fatigue multiaxiale tirés de la littérature.
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Cite

Jean-Luc Fayard. Dimensionnement à la fatigue polycyclique de structures soudées. Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]. Ecole Polytechnique, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03449170⟩
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