Analytical Fatigue Life Prediction of Shot Peened 7050-T7451 Aluminium Alloy

Le grenaillage est une technique de traitement de surface qui consiste à projeter à grande vitesse des microbilles à la surface d'un matériau métallique, afin de l'écrouir, d'y distordre les grains, et d'y introduire des contraintes résiduelles en compression. Ces changements microstructuraux ont pour but principal d'augmenter la vie en fatigue des matériaux. Néanmoins, le grenaillage induit une augmentation de la rugosité de surface, qui tend à diminuer la vie en fatigue. Lorsque les effets bénéfiques du grenaillage compensent ses effets néfastes, la vie en fatigue moyenne est plus grande que celle du matériau usiné. L'optimisation de ces effets par rapport à la vie en fatigue est un sujet important pour l'industrie aérospatiale. L'optimisation peut être réalisée expérimentalement par des essais en fatigue, ce qui peut être dispendieux, ou bien analytiquement par des modèles de prédiction de vie en fatigue. En outre, une augmentation de la dispersion de la vie en fatigue après grenaillage est souvent observée, ce qui est problématique dans le milieu aéronautique et aérospatial où la fiabilité joue un rôle primordial pour assurer la sécurité des passagers. Ce projet vise à prédire l'effet du grenaillage sur la vie en fatigue de l'alliage d'aluminium 7050-T7451. Plusieurs séries d'essais de fatigue ont été réalisées afin de valider les prédictions du modèle. De plus, ces essais ont donné lieu à une étude probabiliste, évaluant la dispersion et la fiabilité des résultats en fatigue avant et après grenaillage. Les résultats issus de l'analyse probabiliste furent reliés aux rugosités de surface, et aux amorces des fissures caractérisées expérimentalement. Une revue critique de la littérature des modèles prédisant la propagation de fissures a permis d'isoler le modèle de Navarro-Rios comme étant le mieux adapté pour prédire la vie en fatigue après grenaillage. En effet, il est le seul modèle analytique ayant unifié les propagations de fissures courtes et longues. De plus, celui-ci permet d'introduire les changements microstructuraux induit par le grenaillage. L'analyse du modèle ainsi que de ses améliorations a permis d'identifier plusieurs points méritant une étude approfondie. Tout d'abord, la barrière microstructurale responsable du comportement instable des fissures courtes n'a jamais été identifiée pour l'alliage étudié. Ensuite, des auteurs ont proposé d'améliorer le modèle, en introduisant les comportements cycliques tels que les effets de fermetures et l'évolution cyclique de la contrainte d'écoulement. Cependant, ces variables ne furent pas caractérisées expérimentalement. De plus, ce modèle amélioré n'a jamais été appliqué au grenaillage, ni comparé au modèle original en termes de capacité de prédictions.