Étude de l’effet des paramètres de grenaillage sur les contraintes résiduelles et les déformations plastiques

Abstract

Les matériaux se dégradent sous l'effet de divers facteurs tels que la corrosion, la fatigue ou l’usure, ce qui réduit leurs performances, et oblige les ingénieurs à rechercher des solutions. Ces solutions sont le traitement de surface, y compris le traitement par grenaillage, qui est largement utilisé pour améliorer la résistance à la dégradation des matériaux. Dans certains cas, les contraintes résiduelles contribuent à diminuer le tenseur de contraintes, tandis que les déformations plastiques améliorent certaines propriétés mécaniques telles que la résistance à la fatigue. Des études expérimentales et des modèles numériques sont utilisés pour évaluer les contraintes résiduelles et les déformations plastiques, ainsi que pour prédire leur impact sur la dégradation des matériaux. Les traitements de grenaillage ont des applications industrielles dans divers secteurs, tels que l'aérospatiale, l'automobile et la pétrochimie. Cependant, il est important de comprendre en détail les mécanismes et les limites de ces thérapies pour améliorer leur efficacité dans différentes applications. L'objectif de notre étude consiste à examiner l’effet des paramètres de grenaillage sur les contraintes résiduelles et les déformations plastiques. Pour ce faire, nous avons développé un modèle numérique permettant d'évaluer l'influence des paramètres du grenaillage (paramètres de la bille) sur le profil des contraintes résiduelles et les déformations plastiques obtenues par simulation. Notre étude se divise en deux parties principales : l'impact simple et les impacts multiples, dans le but d'assurer un taux de recouvrement de 100 % pour la surface traitée. Pour l'impact simple, nous avons analysé quatre paramètres, à savoir le rayon d'impact, la profondeur d'impact, la contrainte résiduelle à la surface et la contrainte résiduelle maximale, tout en faisant varier les paramètres du grenaillage tel que le rayon de la bille, la vitesse de la bille, la masse volumique, etc. Dans la seconde partie de notre étude, nous avons examiné trois paramètres : la contrainte résiduelle a la surface, la contrainte résiduelle maximale et le facteur Q. Mots clés : les traitements de surface, grenaillage, les contraintes résiduelles, les déformations plastiques, Méthode des éléments finis. ملخص تتدهور المواد بسبب عوامل مختلفة مثل التآكل أو التعب أو التآكل، مما يقلل من أدائها، مما يحتم على المهندسين البحث على حلول، تتمثل هذه الحلول في المعالجة السطحية ومن بينها معالجة عن طريق السفع بالكريات، تستخدم على نطاق واسع لتحسين مقاومة تدهور المواد. في بعض الحاالت تساعد إجهادات المتبقية على إنقاص من مصفوفة اإلجهاد باعتبارها إجهادات ضغط، بينما تعمل التشوهات البالستكية على تحسين بعض الخصاص الميكانيكية كمقاومة الكلل. تُستخدم الدراسات التجريبية والنماذج العددية لتقييم الضغوط المتبقية والتشوهات البالستيكية، وكذلك للتنبؤ بتأثيرها على تدهور المواد. تستخدم معالجات السفع بالكريات تطبيقات صناعية في قطاعات مختلفة، مثل صناعة الطيران والسيارات والبتروكيماويات. ومع ذلك، من المهم أن نفهم بالتفصيل آليات وقيود هذه العالجات لتحسين فعاليتها في التطبيقات المختلفة. الهدف من دراستنا في فحص تأثير معامالت السفع بالكريات على الضغوط المتبقية والتشوهات البالستيكية. للقيام بذلك، قمنا بتطوير نموذج رقمي لتقييم تأثير معامالت السفع بالكريات على منحنى الضغوط المتبقية والتشوهات البالستيكية التي تم الحصول عليها عن طريق المحاكاة. تنقسم دراستنا إلى جزأين رئيسيين: تأثير فردي وتأثيرات متعددة، بهدف ضمان معدل معالجة (تغطية سطح) بنسبة 100 ٪للسطح المعالج. من أجل التأثير البسيط ، قمنا بتحليل أربعة معامالت ، وهي نصف قطر التأثير ، وعمق التأثير ، والضغط المتبقي على السطح ، والضغط األقصى المتبقي ، مع تغيير معامالت السفع بالكريات مثل نصف قطر الكرة ، وسرعة الكرة ، الكثافة ، إلخ. في الجزء الثاني من دراستنا، قمنا بفحص ثالثة معايير: اإلجهاد المتبقي على السطح ، والضغط األقصى المتبقي وعامل Q. كلمات مفتاحية: المعالجات السطحية، السفع بالكريات، الضغوط المتبقية، التشوهات البالستيكية، طريقة العناصر المحدودة. Abstract Materials degrade under the effect of various factors such as corrosion, fatigue or wear, which reduces their performance, forcing engineers to seek solutions. These solutions are surface treatment, including shot blasting treatment, which is widely used to improve the degradation resistance of materials. In some cases, the residual stresses help to reduce the stress tensor, while the plastic deformations improve certain mechanical properties such as fatigue resistance. Experimental studies and numerical models are used to assess residual stresses and plastic strains, as well as to predict their impact on material degradation. Shot peening treatments have industrial applications in various sectors, such as aerospace, automotive and petrochemicals. However, it is important to understand in detail the mechanisms and limitations of these therapies to improve their effectiveness in different applications. The objective of our study consists in examining the effect of the peening parameters on the residual stresses and the plastic deformations. To do this, we have developed a numerical model to assess the influence of peening parameters (bead parameters) on the profile of residual stresses and plastic deformations obtained by simulation. Our study is divided into two main parts: single impact and multiple impacts, with the aim of ensuring a 100% recovery rate for the treated surface. For the simple impact, we analyzed four parameters, namely the impact radius, the impact depth, the residual stress at the surface and the maximum residual stress, while varying the parameters of the peening such as the radius of the ball, the speed of the ball, the density, etc. In the second part of our study, we examined three parameters: the residual stress at the surface, the maximum residual stress and the Q factor. Keys words: surface treatments, shot peening, residual stresses, plastic deformations, finite element method.