18.8 : Fatigue

La fatigue se produit lorsque les matériaux se rompent sous des charges répétées ou fluctuantes, même à des niveaux de contrainte bien inférieurs à leur résistance à la rupture statique. Cela entraîne généralement une rupture fragile, même pour les matériaux ductiles. Il s'agit d'une considération essentielle dans la conception de machines et de composants structurels soumis à des charges répétitives ou variables. La nature de ces charges peut aller de charges fluctuantes comme des roues de pompe déséquilibrées provoquant des vibrations répétées d'une fine tige d'acier d'avant en arrière au même endroit, ce qui peut conduire à une rupture par fatigue.

Le nombre de cycles de chargement nécessaires pour provoquer la rupture d'un échantillon peut être déterminé expérimentalement pour n'importe quel niveau de contrainte maximum. Cela conduit à une courbe de contrainte en fonction du nombre de cycles de chargement, fournissant des informations significatives sur les propriétés de fatigue du matériau. Par exemple, la courbe contrainte typique en fonction du nombre de cycles de chargement pour l'acier indique que les applications à contraintes élevées nécessitent moins de cycles pour provoquer une rupture. Cependant, à mesure que la contrainte maximale diminue, le nombre de cycles nécessaires à la rupture augmente jusqu'à atteindre la limite d'endurance. Il est crucial de noter que la rupture par fatigue commence souvent par une fissure ou une imperfection microscopique, se propageant jusqu'à ce que le matériau ne puisse plus supporter la charge maximale. Les éprouvettes usinées et polies ont tendance à avoir une limite d'endurance plus élevée que les composants laminés, forgés ou corrodés.