Analyse des Défaillances

Analyse de la Fatigue

La fatigue est probablement le mode de défaillance le plus courant. Il est généralement entendu qu’il s’agit de la détérioration progressive d’un matériau lorsqu’il est soumis à des charges répétées. Les facteurs clés sont les composantes de la contrainte moyenne (moyenne du maximum et du minimum) et de la variation (différence entre le maximum et le minimum).

Bien que la plupart des données aient été élaborées pour l’application à inversion complète, il existe des techniques pour appliquer ces données à d’autres situations de fatigue. Parfois, les contraintes varient en raison du fonctionnement normal, et pour d’autres cas, il y a une excitation d’une fréquence harmonique qui agit pour amplifier la charge appliquée.

SimuTech Group possède une vaste expérience dans l’analyse d’applications à charges variables et la définition des critères d’application associés.  Les mécanismes d’évaluation de la fatigue comprennent souvent la durée de vie du stress, la tension et la durée de vie et la mécanique des fractures.

Résonance Structurelle

La dynamique de l’équipement peut être un facteur majeur dans la durée de vie de la conception. La prise en compte des fréquences naturelles et des modes d’excitation peut avoir un impact majeur sur le stress localisé. L’excitation d’une pièce à sa fréquence naturelle ou près de sa fréquence naturelle peut produire une amplification des contraintes.

Un système complet aura généralement de nombreux modes. Ceux-ci doivent être définis, et toutes les fonctions de forçage analysées pour éviter l’interaction.  SimuTech Group a la capacité de faire des modèles FEA 3D pour définir les modes de vibration et les fréquences des boîtiers, des arbres rotatifs et des structures complexes.

Pour les équipements existants, SimuTech Group peut offrir des services de test pour mesurer les fréquences de vibration, les modes, etc. Les services FEA et de test sont des outils complémentaires pour l’analyse de précision de structures complexes.

Fatigue de Corrosion

Pour certaines applications, la corrosion et la fatigue peuvent agir de manière synergique. La corrosion génère des dommages locaux sous forme de fosses. La croissance des fosses est une réaction électrochimique complexe.

Le taux de corrosion dépend du type de métal, de la concentration de corrosion, de la température et de la disponibilité de l’oxygène. Lorsque ces fosses se développent à un endroit où le stress est élevé, la fosse peut être le point de nucléation pour l’initiation d’une fissure de fatigue.

SimuTech Group dispose d’installations spécialisées d’essais de fatigue à la corrosion qui permettent d’effectuer des tests dans des environnements acides (H2S), sucrés (CO2) et autres environnements corrosifs. Des tests rapides de fatigue par corrosion pour les entreprises avec des délais serrés sont également disponibles. Fondées sur la méthode RSL, des évaluations quantitatives de la sensibilité à la fatigue par corrosion peuvent être générées sur demande.

Cycle Thermique

La fatigue thermique, également connue sous le nom de fatigue thermomécanique, est un mode de dégradation impliquant des instances simultanées de chaque contrainte thermique et mécanique. Des excursions importantes de température peuvent également créer du stress. La plage de températures et le taux de changement pendant le chauffage et le refroidissement ont un impact majeur sur le stress associé.

SimuTech Group a analysé les composants du moteur où les contraintes induites par la thermique étaient le facteur de contrôle de la défaillance par fatigue précoce.

Déclenchement de la Fissure

L’initiation de fissure est liée à la boucle d’hystérésis de contrainte-déformation. La zone à l’intérieur de cette boucle est l’énergie dissipée qui favorise l’initiation et la propagation des fissures.

Chaque cycle représente une quantité infiniment petite d’énergie, mais lorsque ce processus est répété, l’énergie totale peut être assez importante.

SimuTech Group a effectué une analyse approfondie de la phase d’amorçage des fissures de la rupture par fatigue aux États-Unis et au Canada, ainsi qu’à l’échelle internationale.

Propagation des Fissures

Les propriétés du matériau, la plage de contraintes et la taille de la fissure régissent le taux de propagation des fissures pour une pièce. Un facteur clé qui peut influer sur le taux de croissance des fissures est la chimie environnementale à l’extrémité de la fissure.

L’action combinée de la corrosion et de la fatigue augmente considérablement le taux de croissance des fissures. D’autres facteurs qui peuvent affecter le taux de croissance comprennent la température et la résonance structurelle. La technologie de la mécanique des fractures, de l’infiltration des fissures et de la croissance est bien comprise chez SimuTech Group.

Analyse des Fissures de Fatigue du Cycle de Vie

SimuTech Group a récemment développé un code informatique avancé de prédiction de la durée de vie de la fatigue « à la pointe de la technologie » appelé LifeCycle. Ce logiciel est basé sur une technologie éprouvée de la NASA.

SimuTech Group a utilisé ce programme pour prédire la durée de vie restante des aubes de turbine et pour l’analyse des défaillances dans des conditions de fonctionnement connues. Ce code propriétaire a été développé pour résoudre les problèmes de fatigue impliquant des composants soumis à un séquençage de charge complexe.

Écaillage et Piqûres

L’écaillage et les piqûres (engrenages et roulements) sont des phénomènes de fatigue de surface. La rupture se produit lorsque des contraintes de contact élevées produisent des contraintes de traction et de cisaillement (hertziennes) sous la surface qui dépassent les limites de fatigue du matériau.

Les engrenages et les roulements sont souvent soumis à de fortes contraintes de contact. Bien que le résultat soit facilement observé, la cause sous-jacente peut être un défi. SimuTech Group a constaté que la compréhension de l’interaction dynamique complexe, telle que la résonance et les facteurs environnementaux, est souvent importante pour résoudre ces types de problèmes.

Frettage & Usure

Des dommages par frottement se produisent sur les surfaces d’accouplement des composants soumis à une pression normale et à un mouvement oscillatoire tangentiel.  Les dommages à la surface peuvent prendre la forme d’usure ou, pour des forces normales élevées, de fatigue. Le processus peut être accéléré en présence d’une attaque chimique.

De plus, sous charge mécanique, telle que la traction statique ou la contrainte de fatigue et l’usure / frettage, la surface des matériaux métalliques est déformée et le film passif est localement et répétitivement cassé, ce qui peut conduire à une corrosion rapide en raison d’une exposition environnementale complète.