Contribution to the dimensioning of S355 welded structures in low cycle fatigue conditions
Apports au dimensionnement en fatigue à faible nombre de cycles des assemblages soudés en S355
Résumé
The weight reduction requirements of industrial vehicles force engineers to choose materials, geometries and manufacturing methods that lead to the most favorable strength / mass ratio. Consequently, fatigue resistance takes an important place in the dimensioning of structures in order to ensure a recommended service life. The quality of the predictions given by the usual fatigue criteria strongly depends on the precision with which the in-service stresses are calculated. For welded joints subjected to cyclic loads, the in-service stresses depend on the residual welding stresses and their evolution during the loading cycles. If the loading cycles lead to plasticization of the structure, the latter can then reach an elastic or elastoplastic stabilized state which can be linked to the behavior of the material itself or to certain combinations of primary and secondary loadings. This work relates to the study of a mechanical element in S355 steel belonging to the French brand Haulotte. The research carriedout on this type of element is focused on articulation pivots, subjected to strong stresses. According the experimental observations, there is no doubt that fatigue-type problems on the weld seams are present. Thus the development of a multi-phasic numerical model made it possible to calculate a stabilized cyclic state as well as to estimate the life time in oligocyclicfatigue conditions. These results could be verified by comparing them to experimental tests carried out on real parts.
Les exigences de réduction de poids des véhicules industriels obligent les ingénieurs à choisir des matériaux, des géométries et des modes de fabrication qui conduisent à un rapport résistance/masse le plus favorable. Par conséquent, la tenue à la fatigue prend une place importante dans le dimensionnement des structures pour assurer une durée de vie préconisée. La qualité des estimations données par les critères de fatigue usuels dépend fortement de la précision avec laquelle les contraintes en service sont calculées. Pour les assemblages soudés soumis à des chargements cycliques, les contraintes en service dépendent des contraintesrésiduelles de soudage et de leur évolution au cours des cycles de chargement. Dans le cas où les cycles de chargement conduisent à plastifier la structure, celle-ci peut alors atteindre un état élastique ou élasto-plastique stabilisé qui peut être liée au comportement du matériau lui-même ou à certaines combinaisons de chargements primaires et secondaires. Ces travaux portent sur l’étude d’un élément mécanique en acier S355 appartenant à la marque Française Haulotte. Les recherches menées sur ce type d’élément se situent au niveau des pivots d’articulations, soumis à de fortes contraintes. Au vu des constatations expérimentales réalisées, il ne fait aucun doute que des problématiques de type fatigue au niveau des cordons de soudures sont présentes. Ainsi le développement d’un modèle numérique multiphasique a permis de calculer un état cyclique stabilisé ainsi que d’estimer de la durée de vie en fatigue oligocyclique. Ces résultats ont pu être vérifiés en les confrontant à des essais expérimentaux conduits sur des pièces réelles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)