L'analyse de fatigue : garantir la longévité des structures
Les architectes ont recours à l'analyse de fatigue pour déterminer la durée de vie d'une structure ou d'un bâtiment. Si cette analyse peut être menée par l'architecte lui-même, des outils spécialisés existent désormais pour l'aider à définir et à mesurer les contraintes de charge exercées sur une structure au fil du temps. L'analyse de fatigue produit des résultats essentiels à la réalisation des projets de construction. En son absence, les architectes ignorent combien de temps un bâtiment résistera dans un environnement donné, ce qui peut entraîner des effondrements ou des constructions défaillantes.
Outils de fatigue et approche contrainte-durée de vie
Architectes et concepteurs mesurent la défaillance structurelle à l'aide d'outils de fatigue. Généralement, les concepteurs développent leurs propres outils internes pour tester la fatigue d'un bâtiment ou de toute autre structure. Cependant, ANSYS constitue un nouvel outil d'analyse de fatigue capable d'évaluer le chargement, les effets de la contrainte moyenne et d'autres paramètres selon une approche fondée sur la relation contrainte-durée de vie (stress-life).
Avec les systèmes ANSYS, les concepteurs testent des données de fatigue enregistrées au format XML, indiquant la dépendance à la contrainte moyenne ou présentant plusieurs courbes de ratio R, dès lors que ces données sont disponibles. Les données matériaux relatives à la fatigue sont ensuite stockées via ANSYS sous forme tabulaire, croisant contrainte alternée et points de durée de vie. Les résultats de fatigue sont générés lorsqu'un outil de fatigue est intégré à la structure, puis réalise une analyse du type de chargement, du traitement de la contrainte moyenne, etc.
L'approche durée de vie totale (total-life)
Contrairement à l'approche contrainte-durée de vie, l'approche durée de vie totale utilise des courbes S-N pour représenter le nombre de cycles jusqu'à la rupture pour chaque cas de charge. La règle de Miner combine ensuite les dommages de chaque cas afin d'établir une analyse globale des dommages subis par l'ensemble de la structure après le test de chargement.
Les courbes S-N emploient des valeurs logarithmiques, car les variations y sont plus importantes. Le spectre de fatigue détermine la séquence de chargement après application des charges sur la structure, chacune générant un facteur de charge et un nombre de cycles. Un autre programme d'analyse de fatigue, LUSAS, applique l'approche durée de vie totale pour calculer les résultats. Ceux-ci peuvent être consultés en loglife, qui affiche l'espérance de vie d'une structure en fonction du niveau de charges mesuré en cycles jusqu'à la rupture. L'autre résultat s'exprime en dommages, c'est-à-dire le niveau de détérioration que subit une structure soumise à un chargement de fatigue.
Les types de chargement
La contrainte engendre la fatigue du matériau, et la contrainte de chargement en constitue le type le plus courant. La fatigue évolue avec le temps, en fonction de la charge qui varie elle-même au fil du temps : la contrainte s'accroît donc sur de longues périodes après un chargement significatif de la structure.
Selon ANSYS, plusieurs types de charges sont à analyser :
Chargement proportionnel à amplitude constante, dit « back of the envelope » (approximation rapide), avec un rapport de chargement exprimant le rapport entre la seconde charge et la première : « LR = L2/L1 ». Ce chargement proportionnel ne repose que sur un seul jeu de résultats de contrainte par éléments finis, ce qui exclut tout calcul de dommage cumulé.
Chargement proportionnel à amplitude non constante : comme dans le cas précédent, un seul jeu de résultats suffit, mais les rapports de charge varient dans le temps, ce qui nécessite cette fois une analyse des dommages cumulés. Consultez les ressources disponibles pour obtenir des figures et des explications complémentaires.
La correction de la contrainte moyenne
Dans la mesure où l'analyse de fatigue met en évidence les contraintes dues au chargement, la contrainte moyenne doit impérativement être prise en compte. L'interpolation constitue une méthode pour en tenir compte, en examinant les courbes caractéristiques des matériaux. Les matériaux statiques génèrent également des données S-N illustrant la contrainte moyenne dans les approches de durée de vie totale.
Les autres théories de traitement de la contrainte moyenne sont celles de Gerber, Goodman et Soderberg. Selon ANSYS, la théorie de Gerber traite de manière identique les contraintes moyennes négatives et positives, tandis que Goodman et Soderberg n'appliquent aucune correction aux contraintes moyennes négatives. Ces deux dernières théories n'intègrent pas de correction dans ces cas, car elles sont plus conservatrices et ne reconnaissent pas la contrainte moyenne de compression, laquelle induit pourtant une croissance plus lente des fissures de fatigue dans les structures.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/architecture/1007032159.html