ISO 22407:2021

NORME ISO
INTERNATIONALE 22407
Première édition
2021-06
Matériaux métalliques — Essais de
fatigue — Méthode par flexion plane
axiale
Metallic materials — Fatigue testing — Axial plane bending method
Numéro de référence
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2021
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 4
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette . 4
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai . 4
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue. 4
5 Principe de l’essai . 5
6 Plan d’essai . 5
6.1 Présentation générale . 5
7 Éprouvette . 5
7.1 Forme des éprouvettes . 5
7.2 Dimension de l’éprouvette. 6
7.3 Préparation des éprouvettes . 6
7.3.1 Généralités . 6
7.3.2 Procédure d'usinage . . 7
7.3.3 Échantillonnage et marquage . 8
7.3.4 Contrôles dimensionnels . 8
7.3.5 Stockage et manutention . . 8
8 Appareillage . 8
8.1 Machine d’essai . 8
8.1.1 Introduction . 8
8.1.2 Capteur de force . 8
8.1.3 Transducteur de déplacement . 9
8.1.4 Compteur de cycles . 9
8.1.5 Instruments de surveillance des essais . 9
8.1.6 Système anti-rotation . 9
8.2 Dispositif d'essai . 9
9 Calcul des contraintes .10
9.1 Introduction . 10
9.2 Section transversale rectangulaire . 10
9.2.1 Angle angulaire . 10
9.2.2 Angle arrondi. 10
9.3 Section transversale chanfreinée . 10
10 Contrôle de l'homogénéité des contraintes .11
10.1 Principe . 11
10.2 Méthode de mesure . 11
10.3 Calculs . 11
11 Procédure d'essai .12
11.1 Montage du dispositif d'essai .12
11.2 Montage de l'éprouvette . 12
11.3 Vitesse de l'essai . 12
11.4 Application de la force ou de déplacement .12
11.5 Consignation de la température et de l'humidité .12
11.6 Critère de rupture et fin de l'essai. 13
11.6.1 Critère de rupture . 13
11.6.2 Fin de l’essai .13
11.7 Validité de l’essai . 13
12 Présentation des résultats de fatigue .13
iii
13 Rapport d’essai .13
14 Incertitude de mesure.14
Annexe A (informative) Éprouvettes entaillées en fatigue.18
Bibliographie .19
iv
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 22407:2021(F)
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
flexion plane axiale
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les conditions de réalisation de l'essai de fatigue par flexion plane sur
une machine axiale, à amplitude constante, à force ou à déplacement contrôlé, à température ambiante
(idéalement entre 10 °C et 35 °C) sur des éprouvettes métalliques, sans introduire délibérément
des concentrations de contrainte. Le présent document ne comprend pas l'essai de chargement
partiellement ou totalement inversé. Le but de l'essai est de fournir des résultats pertinents, tels que la
relation entre la contrainte appliquée et le nombre de cycles jusqu'à la rupture pour un état donné du
matériau, exprimé par la dureté et la microstructure, avec différents rapports de contrainte.
Bien que la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale rectangulaire et
chanfreinée soient spécifiés, les essais de composants et autres formes d'essais spécialisés ne sont pas
inclus dans le présent document.
Les essais de fatigue réalisés sur des éprouvettes entaillées ne sont pas couverts par le présent
document car la forme et la taille des éprouvettes entaillées n'ont été spécifiées dans aucune norme
jusqu'à présent. Des recommandations sont données dans l'Annexe A. Toutefois, les procédures d'essai
de fatigue décrites dans le présent document peuvent être utilisées pour l’essai de ces éprouvettes
entaillées.
Il est possible que les résultats d'un essai de fatigue soient affectés par les conditions atmosphériques.
Lorsque des conditions contrôlées sont requises, l'ISO 554:1976, 2.1 s'applique.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ASTM E2309/E2309M, Standard Practices for Verification of Displacement Measuring Systems and Devices
Used in Material Testing Machines
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
épaisseur de la section d'essai
δ
épaisseur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.2
largeur de la section d'essai
w
largeur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.3
longueur d'éprouvette
L
z
longueur totale de l'éprouvette
3.4
section transversale de l’éprouvette
S
surface de la section transversale de l’éprouvette
3.5
rayon d’angle
r
c
rayon de l'angle de l'éprouvette de section transversale rectangulaire
3.6
distance entre les points de chargement intérieurs
d
distance entre les axes des deux rouleaux intérieurs
Note 1 à l'article: Voir Figure 3.
3.7
distance entre les points de chargement extérieurs
d
distance entre les axes des deux rouleaux extérieurs
Note 1 à l'article: Voir Figure 3.
3.8
diamètre de rouleau
D
R
diamètre des quatre rouleaux
3.9
cycle de contrainte
plus petite portion de la fonction contrainte-temps, répétée de manière identique
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.10
contrainte maximale
σ
max
plus grande valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.11
contrainte moyenne
σ
m
demi-somme algébrique de la contrainte maximale et de la contrainte minimale dans un cycle de
contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.12
contrainte minimale
σ
min
plus petite valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.13
amplitude de contrainte
σ
a
demi-somme de la différence algébrique entre la contrainte maximale et la contrainte minimale dans
un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: σ = Δσ/2
a
Note 2 à l'article: Voir Figure 4.
3.14
étendue de contrainte
Δσ
différence arithmétique entre les contraintes maximale et minimale
Note 1 à l'article: Δσ = σ – σ
max min
Note 2 à l'article: Voir Figure 4.
3.15
rapport de contrainte
R
σ
rapport de la contrainte minimale sur la contrainte maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l'article: R = σ /σ
σ min max
Note 2 à l'article: Voir Figure 5.
3.16
rapport de charge
R
F
rapport de la force minimale sur la force maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l'article: R = F /F
F min max
Note 2 à l'article: Voir Figure 5.
3.17
nombre de cycles
N
nombre de plus petits segments de la fonction force-temps, contrainte-temps, déformation-temps, etc.,
répétés régulièrement
3.18
durée de vie en fatigue
N
f
nombre de cycles appliqués pour atteindre un critère de rupture défini
3.19
force appliquée
F
force appliquée pendant l'essai (pour l'essai par force contrôlée)
3.20
moment de flexion
M
moment constant entre les rouleaux intérieurs, calculé avec la force appliquée et les distances entre les
rouleaux (d et d )
1 2
F
Note 1 à l'article: M=−dd
()
4 Symboles
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette
Symbole Désignation Unité
δ Épaisseur de la section d'essai mm
Épaisseur réduite de l'éprouvette
δ mm
chanfreinée
w Largeur de la section d'essai mm
Largeur réduite de l'éprouvette
w mm
chanfreinée
L Longueur d'éprouvette mm
z
I Second moment d’inertie mm
Distance maximale par rapport
d mm
nba
à l'axe neutre de flexion
S Section transversale de l’éprouvette mm
r Rayon d’angle mm
c
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai
Symbole Désignation Unité
Distance entre les points de
d mm
chargement intérieurs
Distance entre les points de
d mm
chargement extérieurs
D Diamètre de rouleau mm
R
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue
Symbole Désignation Unité
Homogénéité des contraintes
β
hi
pour la charge i
σ Contrainte maximale MPa
max
σ Contrainte moyenne MPa
m
σ Contrainte minimale MPa
min
σ Amplitude de contrainte MPa
a
Δσ Étendue de contrainte MPa
σ Contrainte d’essai MPa
Symbole Désignation Unité
R Rapport de contrainte
σ
R Rapport de charge
F
N Nombre de cycles cycles
N Durée de vie en fatigue cycles
f
F Force appliquée N
M Moment de flexion N-m
5 Principe de l’essai
Le principe de l'essai consiste à placer une éprouvette entre quatre rouleaux tel qu’illustré à la Figure 3.
Ensuite, une force cyclique d'amplitude constante est appliquée de sorte qu'une contrainte de tension
d'amplitude constante est appliquée à la surface soumise à essai de l'éprouvette. L'essai est ensuite
poursuivi jusqu'à la rupture de l'éprouvette ou jusqu'à ce qu'un nombre prédéterminé de cycles de
contrainte soit atteint.
Les éprouvettes nominalement identiques sont montées sur une machine d'essai de fatigue et soumis
à la condition de chargement requise pour introduire des cycles de contrainte de flexion plane. L'un
quelconque des types de contraintes cycliques illustrés à la Figure 5 peut être utilisé. La forme d'onde
d'essai doit être sinusoïdale à amplitude constante.
6 Plan d’essai
6.1 Présentation générale
Avant de commencer les essais, les éléments suivants doivent faire l'objet d'un accord entre les parties
concernées, sauf spécification contraire dans la norme de produits correspondante:
a) La forme de l’éprouvette à utiliser (voir 7.1);
b) Le(s) rapport(s) de contrainte à utiliser;
c) L'objectif des essais, c'est-à-dire ce que l'on souhaite déterminer parmi les éléments suivants:
— la durée de vie en fatigue à amplitude de contrainte spécifiée;
— la résistance à la fatigue pour un nombre spécifié de cycles;
— une courbe de Wöhler ou courbe S-N complète;
d) le nombre d'éprouvettes à soumettre à essai et la séquence des essais;
e) le nombre de cycles auquel un essai réalisé sur une éprouvette considérée comme non-rompue doit
être terminé.
7 Éprouvette
7.1 Forme des éprouvettes
Les éprouvettes sont généralement entièrement usinées avec une section transversale rectangulaire
d'épaisseur uniforme sur toute section d'essai. Afin d'éviter l'amorçage de fissures à partir des angles,
deux solutions peuvent être envisagées:
— usinage d'un rayon sur chaque angle (Figure 1);
[8]
— usage d'une éprouvette à section transversale chanfreinée (Figure 2).
Lorsque l'on souhaite tenir compte de l'état de surface dans lequel le métal sera utilisé dans l'application
réelle, il convient que la surface de contrainte maximale reste non usinée.
7.2 Dimension de l’éprouvette
Afin d'avoir une influence minimale de la contrainte de cisaillement sur la contrainte de flexion
(inférieure à 5 %, exprimée en contrainte équivalente de Von Mises), le rapport suivant [Formule (1)]
doit être respecté:
δ
<05, (1)
dd−
En raison de la flexion de l’éprouvette, la distance entre les points de contact des rouleaux sur
l’éprouvette change lorsque la charge est appliquée. Ce changement affecte le niveau de contrainte dans
l'éprouvette par rapport à la valeur calculée dans l’Article 9.
L'erreur entre la contrainte calculée, σ , et la contrainte réelle, σ , est proportionnelle au diamètre
cal real
du rouleau et peut être approximée à l'aide de la Formule (2). Cette erreur doit être inférieure à 5 %.
σσ− 33Dd + d
()
calreal R 21
= Δr (2)
σ
dd− dd+2
cal () ()
21 21
où le déplacement maximal des amarrages pendant l'essai, Δr, peut être déterminé avec la Formule (3):
M
Δr=−dd dd+2 (3)
()()
21 21
12EI
où
E est le module de Young du matériau de l'éprouvette soumis à essai.
7.3 Préparation des éprouvett
...

ISO 22407:2021(F)
ISO/TC 164/SC 4/WG 5
Date:  2021-06
Secrétariat:  ANSI
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par flexion plane axiale
Metallic materials — Fatigue testing — Axial plane bending method

Sommaire
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 5
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette . 5
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai . 5
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue . 6
5 Principe de l’essai . 6
6 Plan d’essai . 6
6.1 Présentation générale. 6
7 Éprouvette . 7
7.1 Forme des éprouvettes . 7
7.2 Dimension de l’éprouvette . 7
7.3 Préparation des éprouvettes . 8
7.3.1 Généralités . 8
7.3.2 Procédure d'usinage . 8
7.3.3 Échantillonnage et marquage . 9
7.3.4 Contrôles dimensionnels . 10
7.3.5 Stockage et manutention . 10
8 Appareillage .10
8.1 Machine d’essai . 10
8.1.1 Introduction . 10
8.1.2 Capteur de force . 10
8.1.3 Transducteur de déplacement . 11
8.1.4 Compteur de cycles . 11
8.1.5 Instruments de surveillance des essais . 11
8.1.6 Système anti-rotation . 11
8.2 Dispositif d'essai . 11
9 Calcul des contraintes .12
9.1 Introduction . 12
9.2 Section transversale rectangulaire . 12
9.2.1 Angle angulaire . 12
9.2.2 Angle arrondi . 13
9.3 Section transversale chanfreinée . 13
10 Contrôle de l'homogénéité des contraintes .13
10.1 Principe. 13
10.2 Méthode de mesure . 14
10.3 Calculs . 14
11 Procédure d'essai .14
11.1 Montage du dispositif d'essai . 14
ii
11.2 Montage de l'éprouvette . 15
11.3 Vitesse de l'essai . 15
11.4 Application de la force ou de déplacement . 15
11.5 Consignation de la température et de l'humidité . 15
11.6 Critère de rupture et fin de l'essai . 15
11.6.1 Critère de rupture. 15
11.6.2 Fin de l’essai . 16
11.7 Validité de l’essai . 16
12 Présentation des résultats de fatigue . 16
13 Rapport d’essai . 16
14 Incertitude de mesure . 17
Annexe A (informative) Éprouvettes entaillées en fatigue . 23
Bibliographie . 24

iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit
de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales
et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la
normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives www.iso.org/directives).).
L'attention est appeléeattirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails
concernant les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors
de l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevetswww.iso.org/brevets).).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-proposle lien suivant:
www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.htmlwww.iso.org/fr/members.html.

iv
NORME INTERNATIONALE ISO 22407:2021(F)

Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
flexion plane axiale
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les conditions de réalisation de l'essai de fatigue par flexion plane sur une
machine axiale, à amplitude constante, à force ou à déplacement contrôlé, à température ambiante
(idéalement entre 10 °C et 35 °C) sur des éprouvettes métalliques, sans introduire délibérément des
concentrations de contrainte. Le présent document ne comprend pas l'essai de chargement partiellement
ou totalement inversé. Le but de l'essai est de fournir des résultats pertinents, tels que la relation entre
la contrainte appliquée et le nombre de cycles jusqu'à la rupture pour un état donné du matériau, exprimé
par la dureté et la microstructure, avec différents rapports de contrainte.
Bien que la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale rectangulaire et
chanfreinée soient spécifiés, les essais de composants et autres formes d'essais spécialisés ne sont pas
inclus dans le présent document.
Les essais de fatigue réalisés sur des éprouvettes entaillées ne sont pas couverts par le présent document
car la forme et la taille des éprouvettes entaillées n'ont été spécifiées dans aucune norme jusqu'à présent.
Des recommandations sont données dans L'annexe L'Annexe A. Toutefois, les procédures d'essai de
fatigue décrites dans le présent document peuvent être utilisées pour l’essai de ces éprouvettes entaillées.
Il est possible que les résultats d'un essai de fatigue soient affectés par les conditions atmosphériques.
Lorsque des conditions contrôlées sont requises, l'ISO 554:1976, 2.1 s'applique.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'éditionl’édition citée
s'appliques’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence
s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ASTM E2309/E2309M, Standard Practices for Verification of Displacement Measuring Systems and Devices
Used in Material Testing Machines
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes ::
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https://www.electropedia.org/
3.1
épaisseur de la section d'essai
δ
épaisseur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l’article : Voir Figure 1.
3.2
largeur de la section d'essai
w
largeur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l’article : Voir Figure 1.
3.3
longueur d'éprouvette
L
z
longueur totale de l'éprouvette
3.4
section transversale de l’éprouvette
S
surface de la section transversale de l’éprouvette
3.5
rayon d’angle
rc
rayon de l'angle de l'éprouvette de section transversale rectangulaire
3.6
distance entre les points de chargement intérieurs
d
distance entre les axes des deux rouleaux intérieurs
Note 1 à l’article : Voir Figure 3.
3.7
distance entre les points de chargement extérieurs
d
distance entre les axes des deux rouleaux extérieurs
Note 1 à l’article : Voir Figure 3.
3.8
diamètre de rouleau
D
R
diamètre des quatre rouleaux
3.9
cycle de contrainte
plus petite portion de la fonction contrainte-temps, répétée de manière identique
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.10
contrainte maximale
σ
max
plus grande valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.11
contrainte moyenne
σ
m
demi-somme algébrique de la contrainte maximale et de la contrainte minimale dans un cycle de
contrainte
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.12
contrainte minimale
σ
min
plus petite valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.13
amplitude de contrainte
σ
a
demi-somme de la différence algébrique entre la contrainte maximale et la contrainte minimale dans un
cycle de contrainte
Note 1 à l’article :
σ = Δσ/2
a
Note 2 à l'article : Voir Figure 4.
3.14
étendue de contrainte
Δσ
différence arithmétique entre les contraintes maximale et minimale
Note 1 à l’article :
Δσ = σ – σ
max min
Note 2 à l'article : Voir Figure 4.
3.15
rapport de contrainte
R
σ
rapport de la contrainte minimale sur la contrainte maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l’article :
R = σ /σ
σ
min max
Note 2 à l'article : Voir Figure 5.
3.16
rapport de charge
R
F
rapport de la force minimale sur la force maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l’article :
R = F /F
F min max
Note 2 à l'article : Voir Figure 5.
3.17
nombre de cycles
N
nombre de plus petits segments de la fonction force-temps, contrainte-temps, déformation-temps, etc.,
répétés régulièrement
3.18
durée de vie en fatigue
N
f
nombre de cycles appliqués pour atteindre un critère de rupture défini
3.19
force appliquée
F
force appliquée pendant l'essai (pour l'essai par force contrôlée)
3.20
moment de flexion
M
moment constant entre les rouleaux intérieurs, calculé avec la force appliquée et les distances entre les
rouleaux (d et d )
1 2
Note 1 à l’article :
F
M dd−
( )
=
4 Symboles
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette
Symbole Désignation Unité
δ Épaisseur de la section d'essai mm
Épaisseur réduite de l'éprouvette
δ1 mm
chanfreinée
w Largeur de la section d'essai mm
Largeur réduite de l'éprouvette
w mm
chanfreinée
L Longueur d'éprouvette mm
z
I Second moment d’inertie mm
Distance maximale par rapport
d mm
nba
à l'axe neutre de flexion
S Section transversale de l’éprouvette mm
rc Rayon d’angle mm
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai
Symbole Désignation Unité
Distance entre les points de
d
1 mm
chargement intérieurs
Distance entre les points de
d
2 mm
chargement extérieurs
DR Diamètre de rouleau mm
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue
Symbole Désignation Unité
Homogénéité des contraintes
β
hi
pour la charge i
σ
Contrainte maximale MPa
max
σ
Contrainte moyenne MPa
m
σ
Contrainte minimale MPa
min
σ
Amplitude de contrainte MPa
a
Δσ Étendue de contrainte MPa
σ Contrainte d’essai MPa
Rσ Rapport de contrainte
RF Rapport de charge
N Nombre de cycles cycles
N Durée de vie en fatigue cycles
f
F Force appliquée N
M Moment de flexion N-m
5 Principe de l’essai
Le principe de l'essai consiste à placer une éprouvette entre quatre rouleaux tel qu’illustré à la Figure 3.
Ensuite, une force cyclique d'amplitude constante est appliquée de sorte qu'une contrainte de tension
d'amplitude constante est appliquée à la surface soumise à essai de l'éprouvette. L'essai est ensuite
poursuivi jusqu'à la rupture de l'éprouvette ou jusqu'à ce qu'un nombre prédéterminé de cycles de
contrainte soit atteint.
Les éprouvettes nominalement identiques sont montées sur une machine d'essai de fatigue et soumis à
la condition de chargement requise pour introduire des cycles de contrainte de flexion plane. L'un
quelconque des types de contraintes cycliques illustrés à la Figure 5 peut être utilisé. La forme d'onde
d'essai doit être sinusoïdale à amplitude constante.
6 Plan d’essai
6.1 Présentation générale
Avant de commencer les essais, les éléments suivants doivent faire l'objet d'un accord entre les parties
concernées, sauf spécification contraire dans la norme de produits correspondante :
a) La forme de l’éprouvette à utiliser (voir 7.1) ;);
b) Le(s) rapport(s) de contrainte à utiliser ;
c) L'objectif des essais, c'est-à-dire ce que l'on souhaite déterminer parmi les éléments suivants :
— la durée de vie en fatigue à amplitude de contrainte spécifiée ;
— la résistance à la fatigue pour un nombre spécifié de cycles ;
— une courbe de Wöhler ou courbe S-N complète ;
d) le nombre d'éprouvettes à soumettre à essai et la séquence des essais ;
e) le nombre de cycles auquel un essai réalisé sur une éprouvette considérée comme non-rompue doit
être terminé.
7 Éprouvette
7.1 Forme des éprouvettes
Les éprouvettes sont généralement entièrement usinées avec une section transversale rectangulaire
d'épaisseur uniforme sur toute section d'essai. Afin d'éviter l'amorçage de fissures à partir des angles,
deux solutions peuvent être envisagées :
— usinage d'un rayon sur chaque angle (Figure 1) ;);
[8]
— usage d'une éprouvette à section transversale chanfreinée (Figure 2)).
Lorsque l'on souhaite tenir compte de l'état de surface dans lequel le métal sera utilisé dans l'application
réelle, il convient que la surface de contrainte maximale reste non usinée.
7.2 Dimension de l’éprouvette
Afin d'avoir une influence minimale de la contrainte de cisaillement sur la contrainte de flexion
(inférieure à 5 %, exprimée en contrainte équivalente de Von Mises), le rapport suivant [Formule (1)]
doit être respecté :
δ
<0,5
dd−
(1)
En raison de la flexion de l’éprouvette, la distance entre les points de contact des rouleaux sur l’éprouvette
change lorsque la charge est appliquée. Ce changement affecte le niveau de contrainte dans l'éprouvette
par rapport à la valeur calculée dans l’Article 9.
L'erreur entre la contrainte calculée, σ , et la contrainte réelle, σ σ , est proportionnelle au diamètre
cal rea real
du rouleau et peut être approximée à l'aide de la Formule (2). Cette erreur doit être inférieure à 5 %.
σσ− 33Dd + d
( )
cal real R2 1
= ∆r
σ
dd−+d 2d
cal ( ) ( )
21 2 1
(2)
où le déplacement maximal des amarrages pendant l'essai, Δr, peut être déterminé avec la formule
Formule (3) :):
M
∆r dd−+d 2d
( )( )
21 2 1
12EI
(3)
où
E est le module de Young du matériau de l'éprouvette soumis à essai.
7.3 Préparation des éprouvettes
7.3.1 Généralités
Dans un programme d'essai de fatigue destiné à caractériser les propriétés intrinsèques d'un matériau, il
est important d'observer les recommandations suivantes lors de la préparation des éprouvettes. La
dérogation à ces recommandations est possible si le programme d'essais vise à déterminer l'influence
d'un facteur particulier (traitement de surface, oxydation, etc.) incompatible avec ces recommandations.
Dans tous les cas, ces dérogations doivent être signalées dans le rapport d'essai.
Les états de surface des éprouvettes ont un effet sur les résultats d'essai. Cet effet est en général associé
à un ou plusieurs des facteurs suivants :
— la rugosité de surface de l'éprouvette ;
— la présence de contraintes résiduelles ;
— modification de la microstructure du matériau ;
— introduction de produits contaminants.
Les recommandations indiquées en7en 7.3.2, 7.3.3 et 7.3.4 permettent de réduire l’influence de ces
facteurs à un niveau minimal.
7.3.2 Procédure d'usinage
7.3.2.1 Généralités
La procédure d'usinage choisie peut engendrer des contraintes résiduelles à la surface de l'éprouvette,
susceptibles d'avoir un impact sur les résultats d'essai. Ces contraintes peuvent être induites par des
gradients thermiques au stade de l'usinage ou peuvent être liées à la déformation du matériau, ou à des
altérations microstructurales. Leur influence est moindre lorsqu'elles sont soumises à essai à des niveaux
de contrainte élevés, car elles peuvent être partiellement ou totalement relâchées. Toutefois, elles doivent
être réduites en utilisant une procédure d'usinage final appropriée, en particulier avant le stade du
polissage final
Il est recommandé de contrôler la présence de ces contraintes résiduelles de surface en util
...