Effet de surface libre dans les agrégats polycristallins en fatigue à grand nombre de cycles

Abstract

Une analyse du comportement en fatigue à grand nombre de cycles est conduite à travers la simulation numérique d'agrégats polycristallins. Plusieurs matériaux métalliques à structure cristalline cubique à face centrée mais de coefficients d'anisotropie élastique différents sont choisis. Plusieurs volumes élémentaires statistiques (VES), constitués d'un ensemble de 300 grains de texture isotrope et de géométrie équiaxe, sont sollicités au niveau de la limite de fatigue médiane macroscopique à 107 cycles. Trois modélisations sont étudiées : 2D avec déformation plane généralisée, 3D périodique et 3D avec surface libre. Plusieurs variables mésoscopiques (moyenne dans les grains) issues des simulations sont analysées en utilisant la statistique des valeurs extrêmes. Les résultats montrent un effet néfaste sur la tenue en fatigue des agrégats modélisés avec une surface libre si l'anisotropie élastique cristalline est suffisante. An analysis of high cycle fatigue behavior is done via the numerical simulation of polycrystalline aggregates. Different metallic materials with a FCC crystalline structure, but different cubic elastic coefficients, are investigated. Several statistical elementary volumes (SEV), consisting of 300 grains with isotropic texture and equiaxed geometries, are loaded at the median macroscopic fatigue limit for 107 cycles. Three different models are studied: 2D generalized plane strain, 3D periodic and 3D periodic with a free surface. Different mesoscopic variables are analyzed using extreme value statistics. The results show a detrimental effect on the fatigue strength of the modeled aggregates with a free surface, if the crystalline elastic anisotropy is sufficient.