Etude de l'effet de facteur de concentration de contrainte sur la tenue en fatigue

Abstract

تم تصميم الأجزاء الميكانيكية بغرض أداء وظيفة فنية ، ولهذا ، يجب أن تتحمل الهياكل أنواعًا مختلفة من الضغوط. عيوب الشكل مثل الثقوب وما إلى ذلك لا يمكن تجنبها بشكل عام أثناء التصميم ، مما يؤدي إلى تركيزات الإجهاد التي تسبب تشققات في التكوين وبالتالي الفشل . في هذه الدراسة ، سوف نسلط الضوء على تأثير عامل تركيز الاجهاد على إجهاد الهياكل. للقيام بذلك ، أخذنا هيكلين مستطيلين الشكل ، الأول به ثقب في المركز ، بأقطار مختلفة ، والآخر به شكل بيضاوي متغير الحجم ، مشدد عليه بالأحمال الدورية والرتيبة. نوع المواد المستخدمة هي SM45C لتحويل الأحمال المطبقة إلى إجهاد مكافئ ، استخدمنا معيار إجهاد كروسلاند ، وعبر رمز العنصر المحدود انسيس ، حددنا مناطق الإجهاد المرتفع ، وقمنا بحساب معلمات معيار التعب. أظهرت النتائج المتحصل عليها أن الزيادة في عامل تركيز الضغط تؤدي إلى تقليل عمر الأجزاء إلى عدد الدورات. الكلمات المفتاحية : عامل تركيز الاجهاد ، التعب ، المعيار ، العناصر المحدودة ، التحمل.

Résumé : Les pièces mécaniques sont conçues dont le but d’accomplir une fonction technique, pour cela, les structure doivent supporter les différents types de sollicitations. Les défauts de forme comme les entailles, les trous, etc. sont généralement inévitables au cours de la conception, ce qui conduit à des concentrations de contraintes provoquant la naissance des fissures, et par suite la rupture.

Dans cette étude, nous allons faire la mise en évidence de l’effet du facteur de concentration de contraintes sur la tenue en fatigue des structures. Pour ce faire, nous avons pris deux structures de forme rectangulaire, la première présente un trou au centre, avec différents diamètres, et l’autre a une ellipse de taille variable, sollicitées par des charges cycliques et monotones. La nuance du matériau utilisée est SM45C. Pour convertir les charges appliquées en une contrainte équivalente, nous avons utilisé le critère de fatigue de Crossland, et via le code d’éléments finis Ansys, nous avons localisé les zones de fortes contraintes, et calculé les paramètres du critère de fatigue. Les résultats obtenus montrent que l’augmentation du facteur de concentration de contraintes provoque la diminution de la durée de vie des pièces au nombre de cycles. Mots clé: Concentration de contraintes, fatigue, critère, éléments finis, endurance.

ABSTRACT Mechanical parts are designed with the aim of performing a technical function, for this, the structures must withstand the different types of stresses. Shape defects such as notches, holes, etc. are generally unavoidable during the design, which leads to stress concentrations causing cracks to appear, and consequently rupture.

In this study, we will highlight the effect of the concentration factor of constraints on the fatigue strength of structures. To do this, we took two rectangular-shaped structures, the first has a hole in the center, with different diameters, and the other has an ellipse of variable size, stressed by cyclic and monotonic loads. The grade of the material used is SM45C. To convert the applied loads into an equivalent stress, we used the Crossland fatigue criterion, and via the Ansys finite element code, we located the areas of high stresses, and calculated the parameters of the fatigue criterion. The results obtained show that the increase in the stress concentration factor causes the service life of the parts to decrease with the number of cycles. Passwords: Stress concentration, fatigue, criterion, finite elements, endurance.