Fatigue Multiaxiale en Remontées Mécaniques

Pilote : Benjamin CAUSSE et Rémy BERNOT (GM)
Réalisée par : Noé POYET (2022) & Thomas SCHMIDT (2024)
Période : 2022-2024

Depuis 2021, le STRMTG s’intéresse aux conséquences des sollicitations multiaxiales proportionnelles et non proportionnelles sur la tenue en fatigue des aciers utilisés en remontées mécaniques.
Cela a conduit le groupe mécanique du STRMTG à encadrer deux stagiaires, Noé POYET en 2022 et Thomas SCHMIDT en 2024, pour la réalisation de leur projet de fin d’études d’ingénieur (ENISE).

Ce travail a été mené en étroite collaboration scientifique avec le laboratoire de mécanique « LTDS/Centrale Lyon », et, en particulier avec les professeurs Françoise FAUVIN et Eric FEULVARCH.

Dans un premier temps, avec Noé, nous avons démontré que les courbes de fatigue uniaxiales des Eurocodes 3 (EN1993-1-9) pouvaient être exploitées pour une analyse en fatigue multiaxiale.

Ce travail a été valorisé, en collaboration avec GMM (fabricant d’installations à câble), par une présentation orale lors de la conférence internationale "Fatigue Design 2023" et la publication de l’article associé en 2024 :

Dans un second temps, avec Thomas, un important travail bibliographique a été fait pour expliquer le critère de Dang Van communément utilisé en analyse en fatigue multiaxiale.
De plus, nous avons travaillé à définir un outil méthodologique pour aider l’ingénieur à choisir la méthode pertinente d’évaluation de la durée de vie en fatigue :

• une évaluation de la durée de vie en fatigue uniaxiale "classique" selon l’Eurocode 3 est-elle opportune ?
• Est-ce qu’une évaluation de durée de vie en fatigue multiaxiale avec un critère type Dang Van est plus pertinente ?

Pour aider l’ingénieur à déterminer la méthode la plus appropriée : nous proposons un outil simple basé sur la lecture d’abaques.
Cette méthode innovante permet de déterminer rapidement, en fonction des paramètres de la bi-axialité du signal d’une rosette (rapport, contrainte moyenne, variation d’angle du chargement), l’écart de durée de vie entre une estimation par les Eurocodes (NE) ou par Dang Van (NDV). Nous discutons des valeurs de variation de durée de vie NDV/NE acceptables à appliquer par la profession du secteur remontées mécaniques en vue de futurs travaux de normalisation.

Glossaires/Mots clés :

La fatigue dans le contexte mécanique se réfère à l’endommagement progressif d’une pièce en raison d’efforts répétés tels que des vibrations, des charges cycliques, ou des contraintes fixes sur des pièces en mouvement (ex : rotation).

État de contrainte : l’état de contrainte en chaque point de la pièce mécanique est classiquement défini selon la Mécanique des Milieux Continus par un tenseur d’ordre 2 représenté par une matrice symétrique 3x3.

Etat de contrainte uniaxial :
Le tenseur des contraintes caractérisant le chargement de la pièce n’a qu’une seule direction principale. Lors du chargement : la première contrainte principale sI va varier en intensité (mais pas en direction).
Exemple : barre soumise à de la traction compression répétée (avec ou sans contrainte moyenne de traction ou compression).

Etat de contrainte multiaxial :
Un état de contrainte est dit multiaxial lorsque la pièce est soumise à des sollicitations dans plusieurs directions.
Lorsque les directions principales de la matrice du tenseur des contraintes ne varient pas au cours du temps, mais que seule l’intensité des contraintes principales sI sII sIII varient au cours du temps : l’état de contrainte multiaxial est dit proportionnel (si(t) = k* si(t0) et Vi vecteur propre constant associé à la contrainte principale si avec i = I ; II ; III et k).
Exemple : pièce soumise à des variations de traction compression dans 2 directions constantes et perpendiculaires (en phases ou déphasées).

Lorsque les directions principales de la matrice du tenseur des contraintes varient au cours du temps, l’état de contrainte multiaxial est dit non-proportionnel.
Exemple : pièce soumise à des variations de traction compression dans 2 directions variants au court du temps avec ou sans variation d’intensité, ou pièce soumise à sII constante mais sI variant au cours du temps en direction et/ou intensité, ou simplement sI constante en amplitude mais variant d’angle au cours du temps i.e. VI vecteur propre associé variable dans le temps… ).