Qu’est-ce qu’un essai de fatigue ?

Un essai de fatigue est une procédure contrôlée et systématique utilisée pour évaluer la capacité inhérente d’un matériau à résister à des conditions de charge cyclique. Ces contraintes répétées, souvent sous forme de tension, de compression, de flexion, de torsion ou de combinaisons de celles-ci, peuvent endommager le matériau, voire entraîner sa rupture, bien que les charges appliquées soient inférieures à la résistance ultime du matériau.

Les résultats d’un essai de fatigue fournissent des informations essentielles sur la durabilité et la sécurité des matériaux utilisés dans des applications critiques, qu’il s’agisse de composants aérospatiaux, de pièces automobiles ou d’ingénierie structurelle.

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Qu’est-ce que le phénomène de la fatigue des matériaux ?

Le phénomène de fatigue dans les matériaux est un processus de dégradation mécanique caractérisé par des changements structurels progressifs, localisés et permanents lorsqu’ils sont soumis à des contraintes et des déformations fluctuantes. Ce phénomène, souvent observé dans les matériaux soumis à des charges cycliques, conduit à un point critique où le matériau peut développer des fissures ou finalement se rompre, même si les charges appliquées restent inférieures à la résistance ultime du matériau.

Au cours de la fatigue, les matériaux subissent une déformation plastique, qui peut se manifester par une déformation microplastique à une échelle minimale. Lorsque ces déformations localisées s’accumulent sous l’effet d’une contrainte continue, elles peuvent entraîner l’apparition de dommages macroscopiques et finalement aboutir à la rupture du matériau ou du composant.

Comment se déroule un essai de fatigue ?

Un essai de fatigue consiste à charger un spécimen dans une machine d’essai de fatigue, à lui appliquer la contrainte prédéterminée, à le décharger à une charge nulle ou dans la direction opposée, et à répéter ce cycle jusqu’à la fin de l’essai. L’essai peut être mené pendant un nombre prédéterminé de cycles ou jusqu’à la rupture du spécimen, en fonction des paramètres spécifiques de l’essai.

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Quel est l’objectif des essais de fatigue ?

L’objectif principal d’un essai de fatigue est généralement de déterminer la durée de vie prévue d’un matériau soumis à des charges cycliques. Cependant, la résistance à la fatigue et la résistance aux fissures sont également des paramètres importants. La durée de vie en fatigue correspond au nombre total de cycles qu’un matériau peut supporter sous un même régime de charge. Un essai de fatigue est également utile pour déterminer la charge maximale qu’un spécimen peut supporter pendant un nombre donné de cycles. Toutes ces caractéristiques sont d’une importance capitale dans les domaines où les matériaux sont soumis à des forces fluctuantes plutôt que constantes.

Des châssis de voitures de Formule 1 aux implants dentaires, il est essentiel de comprendre et de tester la fatigue pour concevoir des composants exposés à des charges cycliques. Les essais de fatigue permettent d’estimer la durée de vie et d’évaluer la durabilité des composants en fonction des niveaux de contrainte appliqués, garantissant ainsi la fiabilité des matériaux dans différentes applications.

Différents types d’essais de fatigue

Essai de fatigue à cycle élevé : Essai de fatigue standard effectué à des fréquences comprises entre 1 et 5 000 Hz environ.
HCF (DIN 50100) High cycle fatigue test : essai de fatigue standard réalisé à des fréquences comprises entre 1 et 5000 Hz environ.
Essais de fatigue par flexion sur des barres rotatives, DIN 50113.
Essais de fatigue en traction-compression.
Évaluation de la résistance (résistance à la fatigue) aux contraintes cycliques en utilisant une combinaison de tension, de décharge et de compression.
Essai de fatigue par giga-cycles : Essai de fatigue dans lequel environ 1 × 10^9 cycles ou plus sont appliqués dans un court laps de temps, à l’aide de vibrations ultrasoniques, etc.
Machine d’essai de propagation des fissures de fatigue : évalue la vitesse de propagation des fissures sous contrainte cyclique.

LCF

Essais à faible cycle

HCF

Essais à haut cycle

VHCF

Tests à nombre de cycles très élevé

Les essais de fatigue les plus courants

ASTM D3479 – Fatigue en traction-tension des composites à matrice polymère
ASTM D7774 – Équipement de test de fatigue en flexion pour les matériaux plastiques
ASTM E2207 – Équipement d’essai de fatigue par torsion axiale sur des matériaux tubulaires à paroi mince
ASTM E2368 – Équipement de test de fatigue thermomécanique
ASTM E466 – Essai de fatigue à amplitude constante et à charge contrôlée sur métaux
ASTM E467 – Système d’essai de fatigue axiale à force constante – Machines d’essai
ASTM E606 – Essai de fatigue sous contrainte à cycles élevés et faibles
DIN EN 6072 – Série aérospatiale – Matériaux métalliques – Méthodes d’essai – Essai de fatigue à amplitude constante
DIN 50100 – Essais de fatigue sous charge contrôlée – Exécution et évaluation d’essais cycliques avec amplitude de charge constante sur des éprouvettes et des composants métalliques
ISO 1099 – Matériaux métalliques – Essais de fatigue – Méthode de la force axiale contrôlée
ISO 7206 – Essais des implants de hanche
ISO 14801 – Équipement pour l’essai de fatigue des implants dentaires
ISO 15024 – Essai de résistance à la rupture interlaminaire des matériaux composites plastiques – Machines d’essai
ISO 22675 – Équipement d’essai de fatigue sur les protecteurs de la cheville et du pied