Etude et modélisation de l'endurance en fretting fatigue : effet de la plasticité et des sollicitations variables

Ce travail porte sur la prévision du risque de fissuration en fretting fatigue des contacts Teta/Frette des conduites flexibles servant à l’acheminement du pétrole et du gaz. Les mouvements de la houle produisent des micros déplacements typiques du fretting entre les fils de Teta et de Frette. Le problème des conduites flexibles est particulièrement complexe puisqu’il implique de prendre en compte des forts niveaux de pressions induisant de la plasticité et des sollicitations variables. Pour répondre à ce problème, des études expérimentales et numériques ont été menés en parallèle. L’étude de fissuration est divisée entre prévision du risque d’amorçage des fissures et étude des conditions de propagation. L’amorçage est étudié avec le critère de fatigue multiaxial de Crossland appliqué à distance critique pour prendre en compte les gradients de contrainte spécifiques au fretting. Cette distance critique est optimisée pour être représentative du large spectre de gradient des contraintes étudié. Il est montré que si la distance critique est constante quelle que soit le gradient des contraintes, elle est associée à une longueur de fissure amorcée dépendante du gradient (couple ℓopt-bopt). Cette approche optimisée, combinée à une loi élastoplastique représentative permet des estimations très précises des conditions d’amorçage des fissures. [...]This work concerns the prediction of fretting fatigue cracking risk in the Teta/Frette contacts of flexible pipes used for oil&gaz transportation. Swell movements produce micro-displacements between Teta wires and Frette wires, which are typical of fretting. Fretting problem in flexible pipes is particularly complex as it involves taking account of high pressure levels inducing plasticity and variable loadings. To answer this problem, experimental and numerical studies have been carried out. Cracking study is divided between crack nucleation risk prediction and the study of crack propagation conditions. Crack nucleation is studied using Crossland multiaxial fatigue criterion applied at a critical distance to address fretting stress gradient effect. This critical distance is optimized to be representative of the wide spectrum of stress gradient studied. It is shown that if the critical distance is constant whatever the stress gradient, it is combined with a crack nucleation length which depends on the stress gradient (ℓopt-bopt couple). This optimized approach, combined with a representative elastic-plastic material law, allows very precise estimates of crack nucleation conditions. [...