La fatigue dans un matériau est définie comme le processus de déformation plastique progressive localisée qui se produit dans un matériau soumis à des contraintes et des déformations cycliques à des concentrations de contraintes élevées, entraînant des fissures ou une rupture complète après un nombre suffisant de fluctuations.
La durée de vie à la fatigue est définie comme le nombre de cycles de chargement (contrainte) d'un caractère donné qu'un échantillon continue avant qu'une défaillance dans une structure particulière ne se produise. Le nombre de tours est lié au régime moteur. Elle peut être convertie en montres d'endurance équivalentes. La durée de vie en fatigue est affectée par les contraintes cycliques, les contraintes résiduelles, les propriétés des matériaux, les défauts internes, la taille des grains, la température, la géométrie de conception, la finition de surface, l'oxydation, la corrosion, etc. La durée de vie en fatigue d'un composant peut être répertoriée sous différents mécanismes de fatigue.
La durée de vie totale en fatigue est égale à la durée de vie de la formation et de la propagation des fissures. La durée de vie à la fatigue dépend de l'historique du cycle de l'amplitude du chargement car l'initiation de la fissure nécessite une contrainte plus importante que la propagation de la fissure.
La durée de vie en fatigue du composant peut être déterminée par l'approximation de la déformation, de la contrainte ou de l'énergie. La fatigue est un processus très complexe influencé par de nombreux facteurs. Il est souvent plus efficace d'utiliser une méthode macro plutôt qu'une approche microscopique pour modéliser les effets des mécanismes de fatigue sur la durée de vie.
Dans la fabrication, la fatigue est un mécanisme de défaillance qui implique la fissuration des matériaux et des composants structuraux en raison de contraintes cycliques (ou fluctuantes). Alors que les contraintes appliquées peuvent être de traction, de compression ou de torsion, l'initiation et la propagation des fissures sont dues à la composante de traction. L'un des facteurs intéressants concernant le développement de la fatigue est que les fissures de fatigue peuvent être initiées et propagées à des contraintes bien inférieures à la limite d'élasticité du matériau de construction. Ces contraintes sont généralement liées à la déformation élastique et non à la déformation plastique.
La rupture par fatigue comprend généralement trois étapes : l'initiation de la fissure, la propagation de la fissure et la rupture. Les fissures de fatigue commencent presque toujours sur une surface libre et à proximité d'un amplificateur de contraintes. Lorsqu'une fissure est initiée, des contraintes cycliques continues répètent le processus, développant lentement la microfissure, qui devient une menace pour l'intégrité structurelle. L'événement de défaillance éventuel peut être ductile ou cassant selon le matériau, l'épaisseur, la température et la contrainte appliquée.
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