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  • PRNORME EUROPENNEEUROPISCHE VORNORMEUROPEAN PRESTANDARD

    ENV 1999-2

    Mai 1998

    ICS 91.010.30; 91.080.10

    Version Franaise

    Eurocode 9: Calcul des structures en aluminium - Partie 2:Structures sensibles la fatigue

    Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion vonAluminiumbauten - Teil 2: Ermdungsanfllige Tragwerke

    Eurocode 9: Design of aluminium structures - Part 2:Structures susceptible to fatigue

    La prsente Prnorme europenne (ENV) a t adopte par le CEN le 26 octobre 1997 comme norme exprimentale pour applicationprovisoire.

    La priode de validit de cette ENV est limite initialement trois ans. Aprs deux ans, les membres du CEN seront invits soumettreleurs commentaires, en particulier sur l'ventualit de la conversion de l'ENV en Norme europenne.

    Il est demand aux membres du CEN d'annoncer l'existence de cette ENV de la mme faon que pour une EN et de rendre cette ENVrapidement disponible au niveau national sous une forme approprie. Il est admis de maintenir (en parallle avec l'ENV) des normesnationales en contradiction avec l'ENV en application jusqu' la dcision finale de conversion possible de l'ENV en EN.Les membres du CEN sont les organismes nationaux de normalisation des pays suivants: Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark,Espagne, Finlande, France, Grce, Irlande, Islande, Italie, Luxembourg, Norvge, Pays-Bas, Portugal, Rpublique Tchque, Royaume-Uni,Sude et Suisse.

    C O M I T E U R O P E N D E N O R M A LI S A T I O NEUR OP IS C HES KOM ITEE FR NOR M UNGEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION

    Secrtariat Central: rue de Stassart, 36 B-1050 Bruxelles

    1998 CEN Tous droits d'exploitation sous quelque forme et de quelque manire quece soit rservs dans le monde entier aux membres nationaux du CEN.

    Rf. n ENV 1999-2:1998 F

  • Page 2ENV 1999-2:1998

    Sommaire

    Avant-propos...............................................................................................................................................................41 Gnralits......................................................................................................................................................71.1 Objet de la partie 2 de lEurocode 9.............................................................................................................71.2 Rfrences normatives .................................................................................................................................91.3 Distinction entre principes et rgles d'application ....................................................................................91.4 Hypothses...................................................................................................................................................101.5 Dfinitions.....................................................................................................................................................101.6 Symboles ......................................................................................................................................................151.7 Documents de calcul ...................................................................................................................................162 Base de calcul ..............................................................................................................................................172.1 Gnralits....................................................................................................................................................172.2 Calcul de la dure de vie utile.....................................................................................................................192.3 Calcul de la tolrance aux dommages.......................................................................................................202.4 Calcul assist par essais ............................................................................................................................233 Charges.........................................................................................................................................................243.1 Sources des charges de fatigue.................................................................................................................243.2 Calcul des charges de fatigue ....................................................................................................................243.3 Charge de fatigue quivalente....................................................................................................................253.4 Facteurs partiels de scurit pour la charge de fatigue ..........................................................................254 Analyse des contraintes..............................................................................................................................264.1 Analyse globale des contraintes................................................................................................................264.2 Applicabilit des contraintes nominales, des contraintes nominales modifies et des

    contraintes au point chaud .........................................................................................................................274.3 Calcul des contraintes.................................................................................................................................284.4 Paramtres de plages de contraintes pour amorces spcifiques ..........................................................314.5 Spectres de contraintes ..............................................................................................................................325 Rsistance la fatigue ................................................................................................................................345.1 Catgories dlments.................................................................................................................................345.2 Donnes relatives la rsistance la fatigue ..........................................................................................355.3 Effet de la contrainte moyenne...................................................................................................................495.4 Effet du milieu ambiant ...............................................................................................................................495.5 Techniques damlioration .........................................................................................................................506 Exigences de qualit ...................................................................................................................................506.1 Dtermination du niveau de qualit requis ...............................................................................................506.2 Dsignation des niveaux de qualit sur les plans....................................................................................516.3 Evaluation de laptitude lemploi .............................................................................................................52Annexe A

    (informative) Analyse des contraintes...................................................................................................53A.1 Utilisation des lments finis pour lanalyse de la fatigue......................................................................53A.2 Facteurs de concentration des contraintes ..............................................................................................54A.3 contraintes au point chaud .........................................................................................................................54A.4 Rfrences....................................................................................................................................................55Annexe B

    (informative) Guide dvaluation par la mcanique de la rupture.......................................................58B.1 Domaine dapplication.................................................................................................................................58B.2 Principes .......................................................................................................................................................58B.3 Valeurs A et m des donnes de propagation des fissures ......................................................................59B.4 Fonction gomtrique y ..............................................................................................................................67B.5 Intgration de la propagation des fissures ...............................................................................................67B.6 Evaluation de la dimension de fissure a2 maximale ................................................................................67B.7 Calculs de la longueur de fissure initiale, ai, sur la base des donnes relatives la vitesse de

    propagation des fissures par fatigue (FCGR) et des contraintes de rfrence par fatigue 2millions de cycles pour une fissure superficielle semi-circulaire ..........................................................69

    B.8 Rfrences....................................................................................................................................................70

  • Page 3ENV 1999-2:1998

    Annexe C (informative) Essais de calcul de la fatigue ..........................................................................................76

    C.1 Calcul des donnes relatives aux charges ...............................................................................................76C.2 Calcul des donnes relatives la contrainte............................................................................................77C.3 Calcul des donnes dendurance...............................................................................................................78C.4 Donnes relatives la propagation des fissures .....................................................................................79C.5 Rapport .........................................................................................................................................................79Annexe D

    (normative) Niveaux dacceptation de contrle et dexcution ..........................................................81D.1 Joints souds...............................................................................................................................................81D.1.2 Matrise de la qualit de soudage ..............................................................................................................81D.2 Pices coules .............................................................................................................................................88Annexe E

    (informative) Soudures damlioration de la rsistance la fatigue..................................................89E.1 Gnralits ...................................................................................................................................................89E.2 Usinage ou meulage....................................................................................................................................90E.4 Martelage ......................................................................................................................................................90Annexe F

    (informative) Fatigue oligocyclique........................................................................................................91F.1 Introduction ..................................................................................................................................................91F.2 Modification des courbes

    -N ..................................................................................................................91F.3 Donnes dessai...........................................................................................................................................91Annexe G

    (informative) Influence du rapport R......................................................................................................93G.1. Amlioration de la rsistance la fatigue.................................................................................................93G.2. Exemples damlioration ............................................................................................................................93

  • Page 4ENV 1999-2:1998

    Avant-propos

    Le prsent document a t prpar par le CEN /TC 250 "Eurocodes Structuraux".

    Selon le Rglement Intrieur du CEN/CENELEC, les instituts de normalisation nationaux des pays suivants sonttenus dannoncer ce document : Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grce,Irlande, Islande, Italie, Luxembourg, Norvge, Pays-Bas, Portugal, Rpublique Tchque, Royaume-Uni, Sude etSuisse.

    Objectifs des EurocodesLes Eurocodes structuraux constituent un ensemble de normes pour le calcul structural et gotechnique desbtiments et des ouvrages de gnie civil.

    Ils sont destins servir de documents de rfrence pour :

    a) prouver la conformit des btiments et des ouvrages de gnie civil aux exigences essentielles de la Directivesur les Produits de Construction (DPC) ;

    b) servir de cadre pour tablir des spcifications techniques harmonises pour les produits de construction.

    Ils ne traitent de l'excution et du contrle que dans la mesure o il est ncessaire de prciser la qualit desproduits de construction et le niveau de ralisation ncessaire pour tre conforme aux hypothses adoptes dansles rgles de calcul.

    Jusqu' ce que l'ensemble ncessaire des spcifications techniques harmonises concernant les produits et lesmthodes de contrle de leurs performances soit disponible, certains Eurocodes structuraux traitent certains deces aspects dans des annexes informatives.

    Historique du programme Eurocodes

    La Commission des Communauts Europennes (CCE) a initi le travail d'laboration d'un ensemble de rglestechniques harmonises concernant le calcul des btiments et des ouvrages de gnie civil, rgles destines, audbut, tre utilises en alternative aux diffrents rglements en vigueur dans les divers Etats Membres et lesremplacer ultrieurement. Ces rgles techniques sont connues sous le nom d Eurocodes structuraux .

    En 1990, aprs consultation de ses Etats Membres, la CCE a transfr au CEN la charge de poursuivre le travaild'laboration, de diffusion et de mise jour des Eurocodes structuraux, et le secrtariat de l'AELE a accept desoutenir le CEN dans son travail.

    Le Comit technique CEN/TC 250 est responsable de tous les Eurocodes structuraux.

    Programme Eurocodes

    Le travail est en cours sur les Eurocodes structuraux suivants, chacun tant gnralement constitu de plusieursparties :

    ENV 1991 Eurocode 1 Bases de calcul et actions sur les structures

    ENV 1992 Eurocode 2 Calcul des structures en bton

    ENV 1993 Eurocode 3 Calcul des structures en acier

    ENV 1994 Eurocode 4 Calcul des structures mixtes acier-bton

    ENV 1995 Eurocode 5 Calcul des structures en bois

    ENV 1996 Eurocode 6 Calcul des structures en maonnerie

  • Page 5ENV 1999-2:1998

    ENV 1997 Eurocode 7 Calcul gotechnique

    ENV 1998 Eurocode 8 Rsistance des structures aux sismes

    ENV 1999 Eurocode 9 Calcul des structures en aluminium

    Des sous-comits spars, chargs des diffrents Eurocodes noncs ci-dessus, ont t constitus par leCEN/TC 250.

    Cette partie de l'Eurocode structural concernant la conception et le dimensionnement des structures en alliagedaluminium, dont le CCE a effectu la finalisation et approuv la publication, est publie par le CEN commeprnorme europenne (ENV) pour une dure initiale de trois ans.

    Cette prnorme est destine une application exprimentale dans le cadre de la conception et dudimensionnement des btiments et des ouvrages de gnie civil relevant du domaine d'application dfini en 1.1, etau recueil d'observations.

    Dans deux ans environ, les Membres du CEN seront invits formuler des observations officielles qui serontprises en compte pour dterminer les actions futures.

    En attendant, il convient dadresser les ractions et les observations sur cette prnorme au secrtariat du sous-comit CEN/TC 250/SC 9 l'adresse suivante :

    Secrtariat du CEN/TC 250/SC 9c/o Norwegian Council for Building StandardizationPostboks 129 BlindernN-0314 OSLO

    ou votre organisme national de normalisation.

    Documents d'Application Nationale (DAN)Etant donnes les responsabilits des autorits dans les Etats Membres en matire de scurit, sant et autrespoints couverts par les exigences essentielles de la DPC, des valeurs indicatives ont t attribues certainslments de scurit dans cette ENV qui sont identifies par [..]. Il incombe aux autorits de chaque Etat Membred'attribuer des valeurs dfinitives ces lments de scurit.

    Certaines des prnormes d'accompagnement harmonises, y compris les Eurocodes donnant les valeurs desactions prendre en compte ainsi que les mesures requises pour la protection contre lincendie, peuvent ne pastre disponibles au moment de la publication de cette prnorme. Il est par consquent prvu qu'un Documentd'Application Nationale (DAN) donnant les valeurs dfinitives des lments de scurit, faisant rfrence auxnormes d'accompagnement compatibles et prcisant les directives nationales d'application de cette prnorme, soitpubli par chaque Etat Membre ou son organisme de normalisation.

    Il est prvu que cette prnorme europenne soit utilise conjointement avec le DAN en vigueur dans le pays o estsitu le btiment ou l'ouvrage de gnie civil.

    Points spcifiques cette prnorme

    Gnralits

    L'objet de l'Eurocode 9 ainsi que celui de la prsente partie de lEurocode 9 sont dfinis en 1.1.

    Lors de lutilisation de cette prnorme dans la pratique, il convient de prter une attention toute particulire auxhypothses et conditions sous-jacentes indiques en 1.4.

    Lors de llaboration de la prsente prnorme, des documents de base ont t tablis, qui contiennent desobservations et des justifications relatives certaines dispositions de la prnorme.

  • Page 6ENV 1999-2:1998

    Utilisation des annexes

    Les six articles de la prsente prnorme sont complts par cinq annexes, dont certaines sont de nature normativeet dautres sont de nature informative.

    Les annexes normatives ont le mme statut que les articles auxquels elles se rapportent. La plupart dentre ellesont t intgres en retirant certaines des rgles dapplication les plus dtailles, ncessaires uniquement dans lescas particuliers, de la partie principale du texte afin de faciliter sa clart.

    Notion de normes de rfrence

    Afin dutiliser cette prnorme, il est ncessaire de faire rfrence diverses normes CEN ou ISO. Ces derniresservent dfinir les caractristiques de produit et les procds jugs par hypothse applicables dans la formulationdes rgles de calcul.

    Cette prnorme mentionne certaines Normes de rfrence . Chaque norme de rfrence se rfre, totalementou en partie, un certain nombre de normes CEN et/ou ISO. Lorsquaucune norme CEN ou ISO cite en rfrencenest encore disponible, il convient de consulter le Document dApplication Nationale pour connatre la norme utiliser. Il est suppos que seules les nuances et qualits donnes dans lannexe normative B de la partie 1-1seront utilises pour les btiments et les ouvrages de gnie civil dimensionns selon la prsente prnorme.

    Facteurs partiels de scurit

    La prsente prnorme donne les rgles gnrales de calcul des structures en aluminium qui se rapportent auxtats-limites des lments et assemblages qui impliquent une rupture de la structure par fatigue.

    La plupart des rgles ont t talonnes par rapport des rsultats dessai afin dobtenir des valeurs cohrentesdes facteurs partiels de scurit pour la rsistance Mf.

    Des facteurs partiels appropris Ff de chargement font lobjet de directives lorsque le chargement ne peut treobtenu partir des codes existants en la matire.

    Construction et montage

    Larticle 6 de la prsente prnorme est destin indiquer un certain nombre de niveaux minimums de ralisation etde tolrances normales dont sont issues les rgles de calcul donnes dans cette prnorme.

    Il fournit galement les informations relatives aux lments spcifiques dune structure soumis la fatigue que doitfournir le concepteur afin de dfinir les exigences de ralisation et de maintenance.

    Calcul assist par essais

    En rgle gnrale, la mthode de calculs de routine ne ncessite pas lindication du paragraphe 2.4, mais requierttoutefois son utilisation, ainsi que celle de lannexe C, dans des circonstances particulires pour lesquelles ellepeut tre approprie.

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    1 Gnralits

    1.1 Objet de la partie 2 de lEurocode 9

    1.1.1 Application

    (1) La prsente partie 2 constitue la base de calcul des structures en alliage daluminium eu gard ltat-limitede la rupture par fatigue. La partie 1 traite du calcul des autres tats-limites.

    (2) La prsente partie 2 donne les rgles des mthodes de calcul suivantes :

    dure de vie utile ;

    tolrance lendommagement ;

    calcul par essais.

    (3) La prsente partie 2 contient les exigences de qualit de construction requises pour sassurer que leshypothses de calcul sont satisfaites dans la pratique.

    1.1.2 Profils structuraux

    (1) La prsente partie 2 traite :

    des poutres et charpentes contreventes et non contreventes ;

    des structures treillis ;

    des structures en tles renforces planes ou en coque ;

    des corps pleins.

    (2) La prsente partie 2 ne traite pas des rcipients sous pression ou autres conduites.

    1.1.3 Produits de base

    (1) La prsente partie 2 traite :

    des lamins ;

    des profils fils ;

    des tubes tirs ;

    des profils ;

    des pices forges ;

    des pices coules.

    1.1.4 Profils des lments

    (2) La prsente partie 2 traite des profils ouverts et creux, y compris les lments constitus de combinaisons deces produits.

    1.1.5 Matriaux

    (1) La prsente partie 2 traite des alliages corroys cochs dans le tableau 1.1.1 ainsi que des alliages coulsnumrs dans le tableau 1.1.2.

  • Page 8ENV 1999-2:1998

    Tableau 1.1.1 Alliages d'aluminium corroys pour structures

    Traitement et profil du produitLamin

    (EN 485)Profil fil(EN 755)

    Etir(EN 754)

    Soudure HFcontinue

    (EN 1592)Forg

    (EN 586)Nuance de lalliage

    Tle 1) Bande Tle 2) TigeBarre

    Tube Profil Tube Tube Formes

    EN AW-3103

    EN AW-5083 3)

    EN AW-5052

    EN AW-5454

    EN AW-5754

    EN AW-6060

    EN AW-6061

    EN AW-6063

    EN AW-6005A

    EN AW-6082

    EN AW-7020 NOTE 1 paisseurs < 6mm.

    NOTE 2 paisseurs 6mm.NOTE 3 profils simples uniquement.

    Tableau 1.1.2 Alliages d'aluminium couls pour structures

    Type de pice couleNuance de lalliage(EN 1706) Sable Moulage en coque (coque)

    EN AC-42100 EN AC-42200 EN AC-43200 EN AC-44100 EN AC-51300 1) 1)

    NOTE 1 Formes simples uniquement.

    1.1.6 Modes dassemblage

    (1) La prsente partie traite des modes dassemblage suivants :

    soudage larc (Soudage MIG et soudage TIG) ;

    fixation avec composants filets ;

    rivetage ;

    assemblage par collage.

    1.1.7 Conditions ambiantes

    (1)PLa prsente partie traite des applications structurales exposes aux conditions atmosphriques normales et des tempratures ne dpassant pas + 100C (pour le calcul de la fatigue), y compris les milieux marins,

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    lexception des joints fixs par collage pour lesquels les limites de temprature sappliquent dans une plagecomprise entre 20C et 60C. Pour lalliage daluminium 5083, les donnes sappliquent des tempraturesmaximales ne dpassant pas 65C. Les donnes relatives la rsistance la fatigue ne sappliquent pas auxparties de la structure exposes des milieux fortement corrosifs pour les matriaux en question.

    (2) En cas de dpassement de ces limites, il peut tre ncessaire de recourir aux donnes dessai et lacertification de la technologie de fabrication.

    1.2 Rfrences normatives

    (1) La prsente prnorme europenne comporte par rfrence date ou non date des dispositions dautresnormes. Ces rfrences normatives sont cites aux endroits appropris du texte.

    EN 287-2, Epreuve de qualification des soudeurs - Soudage par fusion - Partie 2 : Aluminium et ses alliages.

    EN 288-4, Descriptif et qualification d'un mode opratoire de soudage sur les matriaux mtalliques - Partie 4 :Epreuve de qualification d'un mode opratoire de soudage a l'arc sur l'aluminium et ses alliages.

    EN 485, Aluminium et alliages d'aluminium - Tles, bandes et tles paisses.

    EN 586, Aluminium et alliages d'aluminium - Pices forges.

    EN 719, Coordination en soudage - Taches et responsabilits.

    EN 729-2, Exigences de qualit en soudage - Soudage par fusion des matriaux mtalliques - Partie 2 : Exigencesde qualit complte.

    EN 754, Aluminium et alliages d'aluminium - Barres et tubes tirs.

    EN 755, Aluminium et alliages d'aluminium - Barres, tubes et profils fils.

    EN 1011-4, Recommendations pour le soudage des matriaux mtalliques - Partie 4: Soudage a l'arc del'aluminium et des alliages d'aluminium.

    EN 1706, Aluminium et alliages d'aluminium - Pices moules.

    EN 30042, Assemblages en aluminium et alliages d'aluminium soudables soudes a l'arc - Guide des niveauxd'acceptation des dfauts.

    ENV 1991-3, Eurocode 1 : Bases de calcul et actions sur les structures - Partie 3 : Charges sur les ponts dues autrafic.

    ENV 1991-5, Eurocode 1 : Bases de calcul et actions sur les structures - Partie 5 : Actions induites par les pontsroulants et autres machines.

    1.3 Distinction entre principes et rgles d'application

    (1) En fonction du caractre de chaque clause, une distinction est faite dans le prsent Eurocode entre lesprincipes et les rgles d'application.

    (2) Les principes comprennent :

    des noncs gnraux et des dfinitions pour lesquels il n'y a pas d'alternative ; ainsi que

    des exigences et des modles analytiques pour lesquels aucune alternative n'est autorise, sauf mentionspcifique.

    (3) Les principes sont reprs par la lettre P suivant le numro du paragraphe.(4) Les rgles d'application sont gnralement des rgles reconnues qui suivent les principes et satisfont leursexigences.

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    (5) Il est permis d'utiliser des rgles de calcul diffrentes des rgles dapplication indiques dans l'Eurocode, condition de montrer que ces autres rgles sont en accord avec les principes correspondants et sont au moinsquivalentes en termes de rsistance, daptitude au service et de durabilit de la structure.

    (6) Dans la prsente partie, les rgles d'application sont repres par un nombre entre parenthses, comme dansce paragraphe.

    1.4 Hypothses

    (1)PLes hypothses suivantes sappliquent :

    les structures sont conues par du personnel ayant une exprience et une qualification appropries ;

    les usines, les installations et le site proprement dit font lobjet dune surveillance et dun contrle qualitappropris ;

    la construction est ralise par du personnel ayant les comptences et lexprience appropries ;

    les matriaux et produits de construction sont utiliss tel que spcifi dans le prsent Eurocode ou dans lesspcifications de matriaux ou de produits correspondantes ;

    la structure doit faire lobjet dun entretien appropri ;

    la structure est utilise conformment lnonc du projet.

    (2)PLes mthodes de calcul sont valables uniquement lorsque les exigences de qualit relatives lexcution et la ralisation donnes lannexe D sont satisfaites, sauf lorsque des mesures spcifiques sont prises pourpermettre la mcanique de la rupture ou un essai de rupture de valider les normes de qualit alternatives.

    (3) Les valeurs numriques indiques entre parenthses sont donnes titre dindications. Dautres valeurspeuvent tre spcifies par les Etats membres.

    1.5 Dfinitions

    1.5.1 Termes communs tous les Eurocodes

    (1)PSauf indication contraire dans la partie 1 de lEurocode 9, la terminologie utilise dans la norme internationaleISO 8930 sapplique.

    1.5.2 Termes spcifiques utiliss dans la prsente partie 2 de lEurocode 9

    (1)PLes termes ci-dessous sont utiliss dans la partie 2 de lEurocode 9 avec les dfinitions suivantes :1.5.2.1fatigueEndommagement dune partie de la structure, du la propagation lente dune fissure provoque par desfluctuations rptes de contraintes

    1.5.2.2chargement de fatigue un ensemble dvnements de charges reprsentatifs dcrits par les positions ou les mouvements de charges, leurvariation dintensit, leur frquence et squence dapparition

    1.5.2.3vnement de charge squence bien dfinie dapplication de charge la structure qui, pour des besoins de calcul, est suppose serpter une frquence donne

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    1.5.2.4contrainte nominale contrainte exerce sur le matriau de base lemplacement potentiel dune fissure, calcule selon la thorie de lalimite lastique simple de la rsistance des matriaux, cest--dire en supposant que les sections planesdemeurent planes et que tous les effets de concentration des contraintes sont ignors

    1.5.2.4contrainte nominale modifie contrainte nominale augmente dun facteur de concentration de contraintes gomtrique appropri Kgt, autorisantuniquement les changements gomtriques de section dont la classification dun lment de constructionparticulier na pas tenu compte

    1.5.2.4contrainte structurale (galement dsigne contrainte gomtrique) contrainte lastique en un point donn, prenant en compte toutes les discontinuits gomtriques, mais ignoranttous les points singuliers locaux o le rayon de transition tend vers zro, telles que les entailles dues de faiblesdiscontinuits, par exemple bords de soudures, fissures, traits semblables des fissures, marques normalesdusinage, etc. La contrainte structurale est en principe le mme paramtre de contrainte que la contraintenominale modifie, mais est gnralement value par une mthode diffrente

    1.5.2.5facteur de concentration de contrainte gomtrique Kgt rapport entre la contrainte structurale value avec lhypothse du comportement lastique linaire du matriau etla contrainte nominale

    1.5.2.6contrainte au point chaud contrainte structurale une amorce spcifie dans un type de gomtrie particulier, tel quun bord de souduredans un assemblage dangle de profils creux, pour laquelle la rsistance la fatigue, exprime en termes detendue de contraintes au point chaud, est gnralement connue

    1.5.2.7facteur local de concentration de contrainte dun lment class Kcd rapport entre la contrainte de pic value par une analyse spcifique de la mthode des lments finis (FEM) aupoint chaud dun lment class et la contrainte nominale

    1.5.2.8historique des contraintes enregistrement chronologique continu, mesur ou valu, de la variation de contrainte en un point particulier dunestructure, (gnralement pour la dure dun vnement de charge) (voir Figure 1.5.1)1.5.2.9point dinflexion de la contrainte valeur de la contrainte observe dans le historique des contraintes laquelle le taux de variation des contrainteschange de sens (voir Figure 1.5.1)

  • Page 12ENV 1999-2:1998

    b) Amplitude variable

    Temps

    Point dinflexion de la contrainte

    Pics de contrainte

    Creux de contrainte

    Con

    train

    te

    0

    Pic de contrainte

    Contraintemaximale

    Temps

    Con

    train

    te

    Creux de la contrainte

    Contraintemoyenne

    Contrainteminimale

    Pla

    ge d

    e co

    ntra

    inte

    s

    =

    =

    Cycle de contraintes

    Point dinflexion de la contrainte

    0

    a) Amplitude constante

    Figure 1.5.1 Terminologie relative aux tudes et aux cycles de contraintes

    1.5.2.10pic de contraintepoint dinflexion au niveau duquel le taux de variation de contrainte passe dun taux positif un taux ngatif (voirFigure 1.5.1)1.5.2.11creux de contraintepoint dinflexion au niveau duquel le taux de variation de contrainte passe dun taux ngatif un taux positif (voirFigure 1.5.1) (galement dsign dpression de contrainte)1.5.2.12amplitude constantefait rfrence une tude des contraintes o la contrainte varie entre des pics et des creux de valeurs constantes(voir Figure 1.5.1)1.5.2.13amplitude variablefait rfrence une tude des contraintes contenant plus dune valeur de contrainte de pic ou de contrainte decreux (voir Figure 1.5.1.)

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    1.5.2.14cycle de contraintespartie dune tude des contraintes damplitude constante o la contrainte commence et finit la mme valeur maisqui, de ce fait, passe par un pic et par un creux de contrainte (pour toute squence). Elle reprsente galementune partie spcifique dune tude des contraintes damplitude variable, dtermine par une mthode de comptagedes cycles (voir Figure 1.5.1)1.5.2.15comptage des cyclesprocessus de transformation dune tude des contraintes damplitude variable en un spectre de cycles decontraintes, chacun dentre eux ayant une tendue de contraintes particulire, par exemple la mthode du'Rservoir' et la mthode de comptage des demi-cycles (voir Figure 4.4.1)1.5.2.16tendue de contraintesdiffrence algbrique entre le pic de contrainte et le creux de contrainte dun cycle de contraintes

    1.5.2.17spectre dtendue de contraintes histogramme de la frquence dapparition de toutes les valeurs des tendues de contraintes enregistr ou calculpour un vnement de charge donn (galement dsign spectre de contraintes)1.5.2.18spectre de calculLensemble de tous les spectres dtendues de contrainte considrer pour la vrification la fatigue

    1.5.2.19catgorie dlmentdsignation attribue une amorce particulire de la fatigue pour une direction donne dondulation de contrainteafin de dterminer la courbe de rsistance la fatigue applicable lvaluation de cette dernire

    1.5.2.20endurancersistance la fatigue exprime en cycles, dans le cadre dune tude de contraintes damplitude constante

    1.5.2.21courbe de rsistance la fatiguerelation quantitative entre la tendue de contraintes et lendurance, utilise pour lvaluation de la fatigue dunecatgorie dlment de construction, trace sur des axes logarithmiques dans la prsente norme (voir Figure 1.5.2)1.5.2.22rsistance de rfrence la fatiguetendue de contraintes damplitude constante c pour une catgorie particulire dlment pour une enduranceN = 2 x 106 cycles (voir Figure 1.5.2)1.5.2.23limite de fatigue damplitude constanteEtendue de contraintes en dessous de laquelle doivent se situer toutes les tendues de contraintes du spectre decalcul pour ignorer le dommage par fatigue (voir Figure 1.5.2)1.5.2.24limite de troncaturelimite en dessous de laquelle les tendues de contrainte du spectre de calcul peuvent tre ignors du calculcumul des dommages (voir Figure 1.5.2)1.5.2.25dure de vie de calculDure de rfrence pendant laquelle une structure doit se comporter en scurit avec un degr acceptable deprobabilit, vis--vis du risque de ruine de la structure due la fissuration par fatigue.

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    1.5.2.26dure de viepriode pendant laquelle on estime quune structure fonctionne en toute scurit avec une probabilit acceptablede non apparition dune rupture par fissuration par fatigue lorsque lon utilise la mthode de calcul de la dure devie utile

    1.5.2.27dommage par fatiguerapport du nombre de cycles dune tendue de contraintes donne devant tre maintenu pendant une priode deservice dtermine et de lendurance dlment de construction avec la mme tendue de contraintes

    1.5.2.28sommation de minersommation du dommage d lensemble des cycles dun spectre dtendues de contraintes (ou un spectre decalcul), fonde sur la rgle de Palmgren-Miner1.5.2.29chargement de fatigue quivalentchargement simplifi, gnralement une charge unique applique un nombre de fois dtermin de telle sortequelle puisse tre utilise en lieu et place dun ensemble de charges plus concret, dans une plage de conditionsdonne, afin de produire un nombre quivalent de dommages par fatigue, un niveau dapproximation acceptable

    1.5.2.30tendue de contraintes quivalentetendue de contraintes observe au niveau dun lment de construction, due lapplication dune charge defatigue quivalente

    105 109108107106104

    2.106NC

    5.106ND NL 1)

    2)

    (chelle logarithmique)

    Courbe de rsistance la fatigue

    m1

    1

    Limite de fatigue damplitudeconstante

    Limite decoupure

    (chelle loga-rithmique)

    C

    D

    Lm2

    1

    Endurance N

    Rsistance de rfrence la fatigue

    NOTE 1 pour certaines conditions ambiantes, voir 5.4NOTE 2 voir 5.3.5 pour N 105

    Figure 1.5.2 Courbe de rsistance la fatigue

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    1.6 Symboles

    D Dommage par fatigue calcul pour une priode de service donn

    DL Dommage par fatigue calcul pour toute la dure de vie thorique

    Ladh Longueur vritable des joints de recouvrement assembls par collage

    N Nombre (ou nombre total) de cycles de tendues de contraintes

    Ni Endurance dans ltendue de contraintes i

    NC Nombre de cycles (2 millions) auquel est dfinie la rsistance de rfrence la fatigue

    ND Nombre de cycles (5 millions) auquel est dfinie la limite de fatigue damplitude constante

    NL Nombre de cycles (100 millions) auquel est dfinie la limite de coupure

    R Contrainte minimale divise par la contrainte maximale dans un historique de contraintes damplitudeconstante ou un cycle issu du historique de contraintes damplitude variable. Sapplique galementdans le contexte de lintensit des contraintes

    Tf Temps ncessaire une fissure pour voluer dune dimension dcelable une dimension critique derupture

    Ti Intervalle de contrle

    TL Dure de vie thorique

    TS Dure de vie utile

    fv,adh Rsistance caractristique au cisaillement dun adhsif

    kadh facteur de rsistance la fatigue des joints colls

    kN Nombre dcarts-types au dessus du nombre moyen prvu de cycles de charge

    kF Nombre dcarts-types au dessus de lintensit moyenne prvue de la charge

    ld Longueur de fissure dtectable minimale

    lf Longueur de fissure critique pour la rupture

    m Constante de pente inverse dune courbe de rsistance la fatigue log - log N

    m1 Valeur de m pour N 5 x 106 cycles

    m2 Valeur de m pour 5 x 106 < N 108 cycles

    ni Nombre de cycles de ltendue de contraintes i

    Ff Facteur partiel de scurit pour lintensit de la charge de fatigue

    Mf Facteur partiel de scurit pour la rsistance la fatigue

    max, min Valeurs maximale et minimale des contraintes dondulation dun cycle de contraintes

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    tendue de contraintes nominales (contrainte normale)

    adh Contrainte effective de cisaillement dun adhsif

    C Rsistance de rfrence la fatigue pour 2 millions de cycles (contrainte normale)

    D Limite de fatigue damplitude constante

    L Limite de coupure

    R Rsistance la fatigue (contrainte normale).

    log Logarithme de base 10.

    1.7 Documents de calcul

    1.7.1 Plans

    (1)PLes plans doivent contenir tous les lments de lensemble des assemblages sensibles la fatigue, y comprisles dimensions de composants et les tolrances de fixation, les dimensions et les types de pice de fixation ainsique les dimensions des gorges, cts et autres pntrations de soudures.

    (2)PLa classe de fatigue requise doit tre indique pour les joints de soudure correspondants conformment 6.2.

    1.7.2 Spcification de fabrication

    (1)PLa spcification de fabrication doit comporter toutes les exigences particulires relatives la prparation, aumontage, lassemblage, au traitement ultrieur et linspection des matriaux tels que dfinis dans les tableaux5.1.1 5.1.5 correspondants de la catgorie dlment afin de sassurer que les rsistances la fatigue requisessont obtenues. Voir galement annexe D.

    1.7.3 Manuel dexploitation

    (1)PIl doit comporter :

    les lments des charges de fatigue ainsi que la dure de vie thorique suppose dans le calcul ;

    toutes les exigences ncessaires requises pour le contrle de lintensit et de la frquence des charges deservice ;

    les limitations relatives la modification future de la structure, en particulier la ralisation de perforations ou lesoudage de fixations ;

    les instructions de dmontage et de remontage des pices, par exemple serrage des pices de fixation ;

    les mthodes de rparation acceptables en cas de dommage accidentel en service (par exemple empreintes,pntrations, dchirures, etc).

    1.7.4 Manuel dentretien

    (1)PIl doit comporter un calendrier de tout contrle en service ncessaire des parties soumises la fatigue.Lorsque lon fait appel au calcul de tolrance aux contraintes, celui-ci doit inclure :

    les mthodes de contrle ;

    les emplacements de contrle ;

    la frquence des contrles ;

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    la longueur maximale admissible de la fissure avant de recourir toute correction ;

    les lments des mthodes acceptables de rparation ou de remplacement des pices prsentant des fissurespar fatigue.

    2 Base de calcul

    2.1 Gnralits

    2.1.1 Objet du calcul

    (1)PLobjet du calcul dune structure par rapport ltat-limite de fatigue doit consister sassurer, avec un niveaude probabilit acceptable, que sa performance est satisfaisante pendant toute sa dure de vie thorique, de sorteque la structure ne prsente pas de rupture de fatigue pendant sa dure de vie thorique ni quelle ne soitsusceptible de faire lobjet dune rparation prmature de tout dommage par fatigue.

    2.1.2 Influence de la fatigue sur le calcul

    (1)PLes structures soumises une variation frquente des charges de service peuvent tre sensibles la rupturede fatigue et doivent tre vrifies par rapport cet tat-limite.

    (2)PLe niveau de conformit avec les critres dtat-limite ultime ou de service donns dans la partie 1-1 delEurocode ne doit pas tre utilis comme mesure du risque de rupture de fatigue (voir 2.1.3).

    (3)PLinfluence potentielle de la fatigue sur le calcul doit tre tablie le plus tt possible. Les facteurs suivantsdoivent tre pris en compte :

    a) une prvision prcise de la squence complte de charges de service pendant toute la dure de vie thoriquedoit tre tablie ;

    b) la rponse lastique de la structure soumise ces charges doit faire lobjet dune valuation prcise ;

    c) le calcul dtaill, les mthodes de fabrication et le degr du contrle qualit peuvent avoir une influencesignificative sur la rsistance la fatigue et peuvent devoir faire lobjet dun contrle plus prcis que dans lecas de structures calcules pour dautres tats-limites (voir article 5 et annexe D). Ceci peut avoir uneinfluence significative sur la conception et le cot de construction.

    2.1.3 Mcanisme de rupture

    (1)PIl doit tre suppos que la rupture par fatigue samorce gnralement en un point soumis une contrainteleve (en raison dune variation gomtrique brusque, dune contrainte rsiduelle de traction ou de discontinuitssaillantes semblables des fissures). Les fissures par fatigue se dveloppent considrablement sous laction dunchangement de cycles de contraintes. Elles demeurent gnralement stables sous une charge constante. Larupture finale se produit lorsque la section restante nest pas en mesure de supporter la charge de pic applique.

    (2)PIl doit tre suppos que les fissures par fatigue se propagent approximativement des angles droits parrapport la direction deltendue de contraintes principale maximale. La vitesse de propagation augmente demanire exponentielle. Ceci est la raison pour laquelle la fissure se dveloppe lentement au cours des premiresphases et les fissures par fatigue ont tendance tre invisibles pendant la plus grande partie de leur dure de vie.Ceci peut entraner des problmes de dtection en service (voir annexe B).

    2.1.4 Amorces possibles des fissurations par fatigue

    (1)PLes amorces suivantes de fissures par fatigue associes des lments spcifis doivent tre prises enconsidration :

    a) bords et racines de soudures par fusion ;

    b) angles usins ;

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    c) trous poinonns ou percs ;

    d) bords cisaills ou scis ;

    e) surfaces soumises une pression contact leve (frettage) ;

    f) fonds de filets de fixations.

    (2) P Les fissures par fatigue peuvent galement samorcer au niveau de traits non spcifiques pouvantnanmoins exister dans la pratique. Les traits suivants doivent tre pris en considration le cas chant :

    a) discontinuits de matriau ou dfauts de soudure ;

    b) entailles ou raflures dues un dommage de nature mcanique ;

    c) piqres de corrosion.

    2.1.5 Conditions de sensibilit la fatigue

    (1) Il convient que lvaluation de la probabilit de la sensibilit la fatigue tienne compte des lments suivants :

    a) rapport lev des charges dynamiques et statiques : les structures mobiles ou de levage, telles que lesvhicules de transport terrestre ou maritime, les grues, etc ; sont davantage prdisposes aux problmes defatigue que les structures fixes, moins que ces dernires ne supportent essentiellement des chargesmobiles, comme dans le cas des ponts ;

    b) applications frquentes dune charge : ceci entrane un nombre important de cycles au cours de la dure de viethorique. Les structures ou les lments minces avec des frquences propres faibles sont particulirementprdisposs la rsonance et donc lamplification de la contrainte dynamique, mme dans le cas o lescontraintes de calcul statiques sont peu leves. Il convient de vrifier avec la plus grande attention les effetsde la rsonance sur les structures soumises essentiellement des charges hydrauliques, telles que le vent,ainsi que sur les structures dappui des machines ;

    c) recours au soudage : certains lments souds dutilisation courante ont une faible rsistance la fatigue.Ceci sapplique non seulement aux assemblages entre les lments, mais galement toute pice de fixation un lment soumis une charge, que lassemblage obtenu soit ou non considr structural ;

    d) complexit de llment dassemblage : les assemblages complexes entranent frquemment desconcentrations de contraintes leves du fait des variations locales de la rigidit de la voie de contrainte. Alorsque ces concentrations peuvent le plus souvent avoir un effet peu important sur la capacit statique finale delassemblage, elles peuvent en revanche avoir un effet important sur la rsistance la fatigue. Lorsque lafatigue est dominante, il est recommand de slectionner le profil de section de llment afin de garantir largularit et la simplicit de la conception de lassemblage, de sorte que les contraintes puissent trecalcules et que des normes appropries de fabrication et de contrle puissent tre garanties ;

    e) environnement : dans certains environnements thermiques et chimiques, la rsistance la fatigue peut trerduire si la surface du mtal nest pas protge.

    2.1.6 Mthodes de calcul de la fatigue

    (1)PCalcul de la dure de vie utile : Cette mthode est fonde sur le calcul des dommages au cours de la durede vie thorique de la structure en utilisant les donnes dendurance de limite infrieure de rfrence ainsi quelestimation de la limite suprieure de la charge de fatigue. Ce calcul permet dobtenir une estimation modre dela rsistance la fatigue et le contrle en service ne doit normalement pas tre considr essentiel la scurit.La mthode est donne en 2.2.

    (2)PCalcul bas sur la tolrance aux dommages : Cette mthode est fonde sur la limitation de la propagationde la fissuration par fatigue au moyen dun programme dinspection obligatoire. Une fois atteinte la longueurprdtermine de la fissure par fatigue, la pice doit tre remplace ou rpare. La mthode est donne en 2.3.

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    NOTE La mthode peut tre applique dans certaines situations o lestimation de la dure de vie utile montre que lafatigue a un effet significatif sur lconomie du calcul et quun risque plus lev de fissuration par fatigue au cours de la durede vie utile peut tre justifi par opposition au risque moins lev pouvant tre justifi par les principes de calcul de la dure devie utile. Alors que la mthode est destine obtenir un risque de rupture finale de la structure comparable celui suppospour le calcul de la dure de vie utile, elle peut produire un risque plus important de perte provisoire daptitude au service.

    (3)PCalcul assist par essais : Cette mthode doit tre utilise lorsque les donnes ncessaires de charge, derponse, de rsistance la fatigue ou de propagation des fissures ne sont pas fournies par les normes ou lesautres sources disponibles pour une application particulire. Les donnes dessai doivent tre utilises en lieu etplace des donnes de rfrence la seule condition quelles soient obtenues et appliques dans des conditions decontrle. Des directives sont donnes en 2.4 et lannexe C.

    2.2 Calcul de la dure de vie utile

    2.2.1 Conditions pralables au calcul de la dure de vie utile

    (1)PLhistorique de service prvu de la structure doit tre disponible en termes de squence et de frquence decharge. La rponse de contrainte au niveau de toutes les amorces potentielles doit alternativement tre disponibleen termes de historiques de contrainte.

    (2)PLes caractristiques de rsistance la fatigue au niveau de toutes les amorces potentielles doivent tredisponibles en termes de courbes de rsistance la fatigue.

    (3)PLes normes de qualit utilises pour la fabrication des composants contenant des amorces potentielles doiventtre dfinies.

    2.2.2 Mode de calcul de la dure de vie utile

    (1)PVrifier en premier lieu les amorces potentielles de fissure par fatigue dans les zones de la structure contenantles plus fortes ondulations de contrainte et/ou les concentrations les plus importantes de contrainte.

    (2)PLe mode de calcul de base doit tre le suivant (voir Figure 2.2.1) :

    a) obtenir une estimation de limite suprieure de la squence de charges de service pour la dure de viethorique de la structure (voir article 3) ;

    b) procder lestimation de lhistorique des contraintes obtenu au niveau de lamorce potentielle soumise vrification (voir 4.1 et 4.2 ou 4.3) ;

    c) en cas dutilisation des contraintes normales, modifier le historique des contraintes dans toute zone deconcentration de contraintes gomtriques non dj incluse dans la catgorie de llment, en appliquant unfacteur de concentration de contraintes appropri (voir 4.2) ;

    d) rduire lhistorique des contraintes un nombre quivalent de cycles (ni) de plages de contraintes idiffrentes laide de la technique de comptage des cycles (voir 4.4) ;

    e) classer les cycles par ordre dcroissant damplitude i afin de constituer un spectre dtendues de contraintes, o i = 1, 2, 3, etc. pour les premire, deuxime et troisime bandes du spectre (voir 4.5) ;

    f) classer llment par catgories conformment aux tableaux 5.1.1 5.1.5. Pour la catgorie dlmentetltendue de contraintes de calcul (i ) appropries, dterminer lendurance admissible (Ni, etc.) partir de5.2.1 ;

    g) calculer le dommage total DL pour tous les cycles laide de la sommation de Miner, o :

    DL = ni/Ni (2.1)

    h) calculer la dure de vie utile Ts, o

    Ts = TL/DL (2.2)

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    et o la dure de vie thorique de TL a les mmes units que Ts

    i) si Ts est infrieure TL, laction ou les actions suivante(s) doi(vent) tre entreprise(s) :

    procder un nouveau calcul de la structure ou de llment pour rduire les niveaux de contrainte ;

    remplacer llment par un lment de catgorie suprieure (voir 5.1) ;

    utiliser la mthode de calcul de la tolrance aux dommages, le cas chant (voir 2.3).

    2.3 Calcul de la tolrance aux dommages

    2.3.1 Conditions pralables au calcul de la tolrance aux dommages

    (1)PLe calcul de la tolrance aux dommages doit tre utilis uniquement lorsque les conditions des alinas (2) (6) ci-dessous sappliquent.

    (2)PLe calcul de la tolrance aux dommages sapplique au niveau de toutes les amorces prsentant un nombre dedommages DL pour la dure de vie thorique complte, calcule conformment 2.2, suprieur un.

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    N1

    - N Ligne de llment X-X(chelle logarithmique)

    Cycles(chelle logarithmique)

    a) Squence de charge

    e) Cycles de rupture

    b) variogramme descontraintes X-X

    c) Comptage descycles c

    d) Spectre de la plage de contraintes

    f) Sommation desdommages (Rgles dePalmgren-Miner)

    1

    3 4 2

    PA

    PB

    Cycle de charge type (rpt n fois au cours de ladure de vie thorique)

    Temps

    Temps

    Temps

    PB

    PA Elment X-X

    (mthode dite du rservoir)

    n1 n2 n3 n4 Nombre total decycles au cours de ladure de vie thorique

    1

    34

    2

    N2N3 N4

    1

    234

    n1N1

    n4N4

    n3N3

    n2N2

    nN = + ++ = DL

    Figure 2.2.1 Mthode dvaluation de la fatigue

    (3)PLes amorces de fissure par fatigue dtermines en (2) doivent se produire sur ou proximit dune surfaceimmdiatement accessible en service. La seule exception ce phnomne est la disposition de voies de chargesres alternatives et la conception dlments permettant de garantir larrt des fissures sans quelles ne sepropagent au-del de la premire voie de contrainte.

    (4)PLe mode opratoire dcrit en 2.3.2 doit tre appliqu pour dterminer la frquence de contrle et la longueurde fissure maximale admissible avant que toute correction ne devienne ncessaire.

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    (5) Des mthodes pratiques de contrle doivent tre disponibles et capables de dtecter les fissures et demesurer leur tendue bien avant quelles naient atteint leur longueur sensible la rupture.

    (6) Le manuel dentretien doit prciser les informations numres en 1.8.4(1) pour chaque emplacement defissure dtermin en (2).

    2.3.2 Dtermination dune stratgie de contrle pour le calcul des tolrances aux dommages

    (1)PAu niveau de chaque amorce potentielle o la dure de vie utile Ts est infrieure la dure de vie thorique,TL doit tre calcule conformment 2.2.

    (2)PLe manuel dentretien doit prciser que le premier contrle de chaque amorce potentielle doit avoir lieu avantla fin de la dure de vie utile.

    (3)PLe manuel dentretien doit spcifier que les contrles ultrieurs doivent avoir lieu intervalles rguliers Ti, o

    Ti 0,5 Tf

    o Tf est le temps calcul pour quune fissure, dont lamorce sest produite au point valu, volue dune longueurde surface dtectable ld une longueur sensible la rupture lf (voir Figure 2.3.1).

    Ti Ti TiTi Ti

    TfTs

    Temps

    Courbe decroissancerelle

    Courbe suppose de lacroissance la plus rapide

    Longueur minimale dtectablesuppose

    Longueur sensible la fracture

    1 5432 Nombre de contrlesLong

    ueur

    de fi

    ssure

    ld

    lf

    Figure 2.3.1 Stratgie de contrle pour le calcul des tolrances aux dommages

    (4)PLa longueur expose minimale suppose de fissure superficielle doit prendre en considration laccessibilit,lemplacement, ltat de surface potentiel et la mthode de contrle. A moins que des essais spcifiques ne soienteffectus pour dmontrer que des longueurs plus courtes peuvent tre dtectes avec une probabilit suprieure 90%, la valeur suppose de ld ne doit pas tre infrieure la valeur du Tableau 2.3.1 lorsquil est possible devrifier la longueur totale de la fissure.

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    Tableau 2.2.1 Valeurs de scurit minimales de la longueur de fissure superficielle dtectable en mm

    Emplacement de la fissureMthode de contrle Surface lisse unie Surface rugueuse,

    Pointe de soudureAngle vif,Bord desoudure

    Contrle visuel, avecgrossissement

    20 30 50

    Contrle par ressuage 5 10 15NOTE Les valeurs ci-dessus supposent un accs de proximit, un bon clairage et lliminationdes revtements de surface.

    (5)PLorsque toute autre partie structurale ou non structurale permanente empche un total accs la fissure, lalongueur de fissure doit tre ajoute la valeur approprie dans le Tableau 2.3.1 afin dobtenir la valeur de ld desfins de calcul.

    (6) Lorsque des paisseurs de construction importantes sont utilises et lorsque lamorce se produit sur unesurface inaccessible (par exemple la racine dune soudure bout bout simple dun lment tubulaire), il peut treappropri de prvoir une stratgie de contrle fonde sur lutilisation de lessai aux ultrasons pour dtecter etmesurer les fissures avant quelles natteignent la surface accessible. Il convient de ne pas recourir cettestratgie avant davoir effectu essais et valuation.

    (7)PLa valeur de lf doit tre telle que la section nette, compte tenu de la forme probable du profil de fissure parlpaisseur, doit tre capable de supporter les efforts de traction statiques maximum sous la charge pondre,calculs conformment la partie 1.1 de la prsente prnorme, sans une propagation instable de la fissure.

    (8)PLa valeur Tf doit tre estime par calcul et/ou essai, en supposant la charge pondre (voir 3.4), de la maniresuivante :

    a) la mthode de calcul doit tre fonde sur les principes de la mcanique de la rupture (voir annexe B). Unerelation de propagation de la fissure avec limite suprieure doit tre utilise. Des donnes spcifiques sur lapropagation des fissures peuvent galement tre obtenues partir dprouvettes de rfrence utilisant lemme matriau que la voie de propagation des fissures, auquel cas la vitesse de propagation des fissures doittre pondre conformment au facteur dessai de fatigue F (voir Tableau C.1) ;

    b) lorsque des essais structuraux ou partiels simulant les matriaux, la gomtrie et la mthode de fabricationappropris permettent dobtenir la propagation des fissures, le modle deffort correspondant doit tre appliqu lprouvette (voir annexe C). Les vitesses de propagation des fissures consignes entre les longueurs defissure ld et lf doivent tre pondres par le facteur dessai de fatigue F (voir Tableau C.1).

    (9)PLe manuel dentretien doit prciser les actions suivantes entreprendre dans le cas dune dtection de fissurepar fatigue lors dun contrle dentretien habituel :

    a) lorsque la longueur de fissure mesure est infrieure ld, aucune action rparatrice nest ncessaire ;

    b) lorsque la longueur de fissure mesure est suprieure ou gale ld, le composant doit tre valu sur unebase daptitude lemploi afin de dterminer la dure dautorisation dexploitation de la structure en toutescurit sans la ncessit dun redressement ni dun remplacement (voir annexe B). Dans le cas duneexploitation prolonge, il faut alors augmenter la frquence de contrle lemplacement concern ;

    c) lorsque la longueur de fissure mesure dpasse lf, la structure doit tre immdiatement mise hors service.

    2.4 Calcul assist par essais

    (1)PLa vrification de la rsistance la fatigue dune structure par des essais appropris doit tre accepte commemthode alternative aux mthodes indiques en 2.2 et 2.3.

    (2)PLorsque les donnes pour une vrification complte dune structure uniquement par calcul conformment 2.1ou 2.2 sont insuffisantes, un programme dessais spcifique doit permettre dobtenir des informations

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    supplmentaires. Dans ce cas, les donnes dessai peuvent tre requises pour une ou plusieurs des raisonssuivantes :

    a) Lhistorique ou le spectre de charge appliqu, pour des charges simples ou multiples, nest pas disponible etne relve pas des mthodes pratiques de calcul thorique (voir 3.1 et 3.2). Ceci peut sappliquerparticulirement aux structures mobiles soumises des charges hydrauliques ou arodynamiques aveclesquelles des effets dynamiques ou de rsonance peuvent se produire. Les directives relatives aux mthodesdessai sont donnes lannexe C.1 ;

    b) la gomtrie de la structure est suffisamment complexe de sorte que les estimations des efforts exercs parles lments ou des champs des contraintes locales ne relvent pas des mthodes pratiques de calcul (voir4). Les directives relatives aux mthodes dessai sont donnes lannexe C.2 ;

    c) les matriaux, lments de dimensions ou mthodes de fabrication des lments ou des assemblages sontdiffrents de ceux donns dans les tableaux 5.1.1 5.1.5. Les directives relatives aux mthodes dessai sontdonnes lannexe C.3 ;

    d) les donnes relatives la propagation des fissures sont ncessaires la vrification du calcul des tolrancesaux dommages.

    (3)PLes essais peuvent tre effectus sur des structures compltes de prototype ou de production ou sur desparties constitutives de ces structures. Le degr dadaptation des matriaux, lments de dimensions et autresmthodes de fabrication de la structure ou de llment dessai la structure de production finale doit tenir comptedu type dinformations obtenues grce lessai.

    (4)PLes donnes dessai doivent tre utilises en lieu et place des donnes de rfrence si elles sont obtenues etappliques laide de mthodes faisant lobjet dun contrle (voir annexe C.3).

    3 Charges

    3.1 Sources des charges de fatigue

    (1)PToutes les sources de contraintes dondulation exerces sur la structure doivent tre identifies. Les lmentssuivants doivent faire lobjet dune attention toute particulire :

    a) charges mobiles superposes, y compris les vibrations des machines de structures fixes ;

    b) charges du milieu environnant telles que les charges dues au vent, aux vagues, etc. ;c) les forces dacclration exerces sur les structures mobiles ;

    d) les variations de temprature.

    (2)PLes charges de fatigue doivent tre celles donnes dans lENV 1991 Eurocode 1 ou dans une autre norme decharge correspondante, le cas chant.

    3.2 Calcul des charges de fatigue

    (1)PLes charges de fatigue doivent normalement tre dcrites en termes de spectre de charge de calcul qui dfinitune plage dintensits dun vnement de surcharge spcifique ainsi que le nombre de fois o est appliqu chaqueniveau dintensit au cours de la dure de vite thorique de la structure. Lorsque deux vnements ou plus desurcharges indpendants sont susceptibles de se produire, il est alors ncessaire de spcifier lintervalle requisentre eux.

    (2)PUne valuation raliste des charges de fatigue est essentielle au calcul de la dure de vie de la structure. Enlabsence de donnes publies sur les surcharges, il y a lieu dobtenir les donnes relatives aux structuresexistantes soumises des effets similaires.

    (3)PLenregistrement de mesures continues des contraintes ou des dflexions sur une priode dchantillonnageapproprie permet de dduire les donnes relatives aux charges par lanalyse ultrieure de la rponse.Lvaluation des effets damplification dynamiques doit faire lobjet dune attention toute particulire lorsque les

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    frquences de charges sont proches de lune des frquences propres de la structure. Des directivescomplmentaires sont donnes lannexe C.1.

    (4)PLe spectre de charge de calcul doit tre slectionn sur la base selon laquelle il sagit dune estimation delimite suprieure des conditions de service cumules sur toute la dure de vie thorique de la structure. Il doit tretenu compte de tous les effets potentiels sur lexploitation et lenvironnement dus lusage prvisible de lastructure au cours de cette priode.

    (5)PLa limite de confiance utiliser pour lintensit du spectre de charge de calcul doit tre fonde sur la valeurmoyenne prvue plus des carts-types kF o kF = 2. La limite de confiance utiliser pour le nombre de cycles duspectre de charge de calcul doit tre fonde sur la valeur moyenne prvue plus des carts-types kN o kF = 2. Voirgalement 3.4(2). La limite de confiance utiliser pour le nombre de cycles du spectre de charge de calcul doit trefonde sur la valeur moyenne prvue plus des carts-types kN o :

    kN = 2 (voir galement 3.4(2)).

    3.3 Charge de fatigue quivalente

    (1)PUne charge de fatigue quivalente simplifie doit tre utilise uniquement en lieu et place dune charge defatigue plus raliste si les conditions suivantes sont satisfaites :

    a) la structure en alliage daluminium doit relever de la plage de profils et de dimensions de structure de basepour laquelle la charge de fatigue quivalente a t calcule lorigine ;

    b) la charge relle doit tre dintensit et de frquence similaires et tre applique de manire similaire cellesuppose dans le calcul de la charge de fatigue quivalente ;

    c) les valeurs de m1, m2, ND et NL supposes dans le calcul de la charge de fatigue quivalente doivent tre lesmmes que celles appropries llment valu ;

    NOTE Certaines charges de fatigue quivalentes peuvent avoir t calcules en supposant une pente continue simplelorsque m2 = m1 et L = 0. Pour bon nombre dapplications impliquant de nombreux cycles de faible amplitude, ceci conduit une estimation trs prudente de la dure de vie.

    d) la rponse dynamique de la structure doit tre suffisamment faible pour que les effets de rsonance, qui sontaffects par les diffrences observes de la masse, de la rigidit et du coefficient damortissement, aient unimpact peu important sur la sommation globale des dommages.

    (2)PDans le cas du calcul spcifique dune charge de fatigue quivalente pour une application de structure enalliage daluminium, tous les lments traits en 3.3(1) doivent tre pris en compte.

    3.4 Facteurs partiels de scurit pour la charge de fatigue

    (1) Lorsque la charge de fatigue est calcule conformment aux exigences de 3.2, un facteur partiel de scuritrelatif lintensit de charge Ff = 1,0 peut tre suppos pour garantir un niveau de scurit acceptable.

    (2) Lorsque la charge de fatigue est fonde sur des limites de confiance autres que celles dcrites en 3.2(4), unniveau de scurit acceptable peut tre suppos garanti en appliquant les facteurs partiels de scurit relatifs lacharge donns au Tableau 3.4.1.

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    Tableau 3.4.1 Facteurs partiels de scurit applicables lintensit de charge de fatigue Ff

    kF FfkN= 0 kN = 2

    0 1,5 1,4

    1 1,3 1,2

    2 1,1 1,0

    4 Analyse des contraintes

    4.1 Analyse globale des contraintes

    4.1.1 Gnralits

    (1)PLa mthode danalyse doit tre slectionne de manire garantir une prvision prcise de la rponse encontrainte lastique de la structure la charge de fatigue spcifie.

    NOTE Il se peut quun modle lastique utilis pour lvaluation statique (tat-limite ultime ou de service) conformment la partie 1.1 de la prsente prnorme ne soit pas ncessairement appropri lvaluation de la fatigue.

    (2)PLes effets dynamiques doivent tre intgrs au calcul de lhistorique des contraintes, sauf dans le cas delapplication dune charge quivalente qui permet dj dobtenir de tels effets.

    (3)PLorsque la rponse lastique est affecte de manire significative par le coefficient damortissement, ceci doittre dtermin au moyen dun essai (voir annexe C).

    (4)PIl ne doit tre suppos aucune redistribution plastique des efforts entre les lments des structureshyperstatiques.

    (5)PLeffet de raidissement de tous les autres matriaux fixs de manire permanente la structure en alliagedaluminium doit tre pris en compte dans lanalyse des dformations lastiques.

    (6)PDes modles danalyse des lments finis lastiques doivent tre utiliss pour lanalyse globale des structureshyperstatiques et des cadres en treillis avec assemblages rigides ou semi-rigides, sauf lorsque les donnes decontrainte ont t obtenues partir de structures de prototype ou de modles physiques dchelle approprie.

    NOTE Le terme analyse des lments finis lastiques est utilis pour indiquer toutes les techniques danalyse o leslments et les assemblages de la structure sont reprsents par des dispositions de barres, de poutres, de membranes, decoques, dlments pleins ou autres formes dlments. Lanalyse a pour objet de dterminer ltat de contrainte qui permet demaintenir la compatibilit de dplacement et lquilibre statique (ou dynamique).

    4.1.2 Utilisation des lments de poutre

    (1)PLes lments de poutre sappliquent lanalyse globale des structures en poutres, cadres ou treillissoumises aux limitations donnes dans les alinas (2) (8) ci-dessous.

    (2)PLes lments de poutre ne doivent pas tre utiliss pour lanalyse de la fatigue des structures tlesrenforces de construction plane ou en coque ou pour les lments couls ou forgs sauf lorsquils ont un profilprismatique simple.

    (3)PLes proprits de rigidit de profil axial, de flexion, de cisaillement et de torsion des lments de poutredoivent tre calcules conformment la thorie lastique linaire en supposant que les profils planes ledemeurent. Le voilement de la section d la torsion doit toutefois tre pris en considration.

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    (4) Il convient que le calcul des proprits de rigidit de profil tienne compte des fixations par soudage, parboulons ou assembles par collage dont la longueur est suprieure la moiti de la profondeur de llment (parexemple tles de finition et raidisseurs longitudinaux).

    (5)PLorsque les lments de poutre sont utiliss avec des structures, lments de profil ouvert ou lments deprofil creux prdisposs au voilement, soumises des efforts de torsion, les lments doivent avoir 7 degrs delibert y compris le voilement. Les coques doivent alternativement tre utilises pour dterminer le profil de section.

    (6)PLes proprits de profil des lments de poutre contigus aux intersections dlments doivent tenir compte dela plus grande rigidit due la dimension de la zone assemble ainsi que de la prsence de composantssupplmentaires (par exemple goussets, couvre-joints, etc.).

    (7)PLes proprits de rigidit des lments de poutre utiliss pour tablir le profil des zones assembles au niveaudes intersections dangle entre des lments ouverts ou creux lorsque lassemblage ne supporte pas entirementleurs sections transversales (par exemple nuds tubulaires non renforcs), ou lorsque llment est semi-rigide(par exemple assemblages de tles dextrmit boulonnes ou de cornires), doivent tre values laide deslments coques ou en procdant lassemblage des lments par lintermdiaire de ressorts. Ces derniersdoivent avoir une rigidit suffisante pour chaque degr de libert et cette rigidit doit tre dtermine par desessais ou par des modles dlments coques de lassemblage.

    (8)PLorsque les lments de poutre sont utiliss pour tablir le profil dune structure dont les excentricits sontcomprises entre les axes des lments au niveau des assemblages ou lorsque les charges et les contraintes sontappliques sur les lments en des points autres que leurs axes, des lments de liaison rigides doivent treutiliss pour maintenir lquilibre statique correct. Des ressorts similaires ceux dcrits en 4.1.2.(7) doivent treutiliss si ncessaire.

    4.1.3 Utilisation des lments membranes, coques et autres lments pleins

    (1)PLes lments membranes doivent sappliquer uniquement aux parties dune structure dont on sait que lescontraintes de flexion hors plan sont ngligeables.

    (2)PLes lments coques sappliquent tous les types de structure sauf dans les cas dutilisation dlmentscouls, forgs ou usins de forme complexe impliquant des champs de contrainte tridimensionnels, des lmentspleins devant alors tre utiliss.

    (3)PLorsque lanalyse globale fait appel aux membranes ou aux coques pour prendre en compte les effets globauxde concentration des contraintes tels que ceux numrs en 4.2.2, la largeur de maille de la partie de llmentcontenant lamorce doit tre suffisamment petite pour procder une valuation complte de leffet (voirannexe A).

    4.2 Applicabilit des contraintes nominales, des contraintes nominales modifies et descontraintes au point chaud

    4.2.1 Contraintes nominales

    (1)PLes contraintes nominales doivent tre utilises directement pour lvaluation des amorces observes sur leslments et les assemblages simples lorsque les conditions suivantes sappliquent :

    a) les lments associs lamorce sont conformes aux exigences appropries relatives la catgorie dlmentdes tableaux 5.1.1 5.1.5 ;

    b) la catgorie dlment a t tablie au moyen dun essai conformment lannexe C et lorsque les rsultatssont exprims en termes de contraintes nominales ;

    c) les effets gomtriques globaux tels que ceux numrs en 4.2.2 ne sont pas visibles au voisinage immdiatde lamorce ;

    d) lamorce de fissure est situe la racine dune soudure dangle ou dune soudure bout bout pntrationpartielle.

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    4.2.2 Contraintes nominales modifies

    (1)PLes contraintes nominales modifies doivent tre utilises en lieu et place des contraintes nominales lorsquelamorce se trouve au voisinage immdiat de lun ou de plusieurs des effets globaux suivants de concentration descontraintes gomtriques (voir Figure 4.2.1) condition que les conditions 4.2.1(a) et (b) sappliquent toujours :

    a) changements globaux de forme de la section, par exemple au niveau des dcoupes ou des angles rentrants ;

    b) changements globaux de rigidit de la zone entourant la section de llment au niveau des soudures danglenon renforces entre les profils ouverts ou creux ;

    c) changements de direction ou dalignement au-del de ceux admis dans les Tableaux 5.1.1 5.1.5 ;

    d) retard de cisaillement et dformation des lments plaqus ou creux de grande dimension ;

    e) effets de flexion hors plan non linaires des composants minces tels que tles planes lorsque la contraintestatique est proche de la contrainte critique lastique, par exemple champ tensoriel des mes (voir partie 1 dela prsente prnorme).

    4.2.3 Contraintes au point chaud

    (1)PLes contraintes au point chaud doivent tre utilises uniquement lorsque les conditions suivantessappliquent :

    a) lamorce est le bout de soudure dun assemblage de gomtrie complexe o la contrainte nominale nest pasclairement dfinie ; ou

    b) une catgorie dlment au point chaud a t tablie par essai conformment aux annexes A et C lorsque lesrsultats sont exprims en termes de contrainte au point chaud, pour le mode de charge appropri ;

    c) les contraintes de flexion exerces sur les coques se produisent dans les joints flexibles selon 4.1.2 (7).

    4.3 Calcul des contraintes

    4.3.1 Calcul des contraintes nominales

    4.3.1.1 Modles de structure utilisant des lments de poutre

    (1)PLes contraintes axiale et de cisaillement au niveau de lamorce doivent tre calcules partir des forcesaxiales et des efforts de flexion, de cisaillement et de torsion exercs sur la section concerne en faisant appel auxproprits de section lastique linaire.

    (2)PLes aires transversales et les modules de section doivent tenir compte de toutes les exigences spcifiques desTableaux 5.1.1 5.1.5.

    4.3.1.2 Modles de structure utilisant des lments membranes, des lments coques ou autreslments pleins

    (1)PLorsque la distribution des tensions axiales est linaire sur la section dlment sur les deux axes, lescontraintes au point damorce peuvent tre utilises directement.

    (2)PLorsque la distribution axiale est non linaire sur la section dlment sur lun des deux axes, les contraintesexerces sur la section doivent tre assimiles pour obtenir la force axiale et les moments de flexion. Ces derniersdoivent tre utiliss conjointement laire transversale et aux modules de section appropris conformment auxTableaux 5.1.1 5.1.5 afin dobtenir les contraintes nominales.

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    a) Concentration de contrainte locale (bord de la soudure)

    Fixation soude

    Distribution non lin-aire des contraintes

    Plage decontraintesnominalesmodifies auniveau del'amorce, X

    X

    kgt

    Contrainte nette moyenne

    Distribution linaire suppose des contraintesFacteur de concentration de contrainte du bordde la soudure non calcul au point z

    z

    =PA

    MZ+

    PM

    PM

    Site damorce de fissure

    b) Concentration globale de contrainte (ouverture de grande dimension)

    c) point dur dun assemblage

    ContraintenominaleContrainte

    nominalemodifie

    kgt

    x x

    x

    Vue de dessus

    Ouverture

    Plage de contraintes nominales

    Figure 4.2.1 Effet des concentrations de contrainte sur les contraintes nominales et sur les contraintesnominales modifies

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    4.3.2 Calcul des contraintes nominales modifies

    4.3.2.1 Modles de structure utilisant des lments de poutres

    (1)PLes contraintes nominales doivent tre multiplies par les facteurs appropris de concentration des contrainteslastiques Kgt selon lemplacement de lamorce et le type de champ de contrainte.

    (2)PLes facteurs Kgt doivent prendre en compte toutes les discontinuits gomtriques lexception de celles djintgres la catgorie dlment (voir Tableaux 5.1.1 5.1.5).(3)PLes facteurs Kgt doivent tre dtermins par lune des mthodes suivantes :

    a) solutions-talons pour les facteurs de concentration de contrainte (voir Annexe A) ;b) sous-structuration de la gomtrie environnante laide des lments coques prenant en compte (2) et

    appliquant les contraintes nominales aux limites ;

    c) mesure des dformations lastiques sur un modle physique qui intgre les discontinuits gomtriquesglobales, mais qui exclut les traits dj intgrs la catgorie dlment (voir (2)).

    4.3.2.2 Modles de structure utilisant les lments membranes, les lments coques ou les lmentspleins

    (1)PLorsque la contrainte nominale modifie doit tre obtenue partir de lanalyse globale dans la zone damorce,elle doit tre slectionne sur la base suivante :

    a) concentrations de contraintes locales de telle sorte que llment class et le profil de soudure dj intgrs la catgorie dlment soient omis ;

    b) le maillage dans la zone damorce doit tre suffisamment fin pour prvoir avec prcision le champ decontrainte gnral autour de lamorce (voir annexe A) mais sans intgrer les effets dcrits en (a).

    4.3.3 Calcul des contraintes au point chaud

    (1)PLa contrainte au point chaud est la contrainte principale essentiellement transversale la ligne du bord de lasoudure et doit tre value en rgle gnrale par des mthodes numriques ou exprimentales (voir annexe A),sauf lorsque des solutions-talons sont disponibles. Pour les cas simples, tel que celui reprsent la Figure4.2.1(c), il convient dvaluer la contrainte au point chaud en multipliant la contrainte nominale par le facteur deconcentration de contraintes gomtriques Kgt, dfini comme la concentration de contraintes thoriques valuepour le matriau lastique linaire en omettant toutes les influences (locales ou gomtriques) dj incluses dansla courbe de calcul -N dlment class considr comme un lment de rfrence.

    (2)PEn gnral, pour les configurations de structure pour lesquelles les facteurs de rfrence de concentration decontrainte ne sont pas applicables et qui par consquent requirent une analyse particulire, il est recommandque la contrainte de fatigue au niveau du bord de la soudure omette les effets de concentration des contraintes dusau fait que llment class soit considr comme une rfrence, cest--dire la gomtrie du bord de soudure.

    4.3.4 Orientation des contraintes

    (1)PLtendue principale de contraintes doit tre la plus grande diffrence algbrique entre les contraintesprincipales agissant sur les plans principaux dont langle dcartement nest pas suprieur 45.

    (2)PPour valuer si un lment est perpendiculaire ou parallle laxe dune soudure si langle de direction de lacontrainte principale de traction est infrieur 45 par rapport laxe de la soudure, il doit tre suppos quil lui estparallle.

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    4.4 Paramtres de plages de contraintes pour amorces spcifiques

    4.4.1 Matriau de base, soudures en cordon pntration complte et assemblages mcaniques (voirTableaux 5.1.5, 5.1.2, 5.1.3 et amorces 1,2,3,7 et 9 dans le Tableau 5.1.3)

    (1)PLes fissures dont lamorce se produit dans des bords de soudure, des orifices de fixation, des surfaces deliaison, etc. et qui se propagent dans le matriau de base ou dans le mtal fondu totalement pntr doivent trevalues laide deltendue de contraintes principales nominales de llment au niveau de ce point particulier(voir Figure 4.2.1).

    (2)PLes effets de la concentration de contraintes locales du profil de soudure, des trous de boulons et de rivets,etc. doivent tre ignors dans la mesure o ils sont pris en compte dans les donnes relatives la rsistance -Npour la classe dlment approprie. Ils ne doivent pas tre calculs (voir Tableaux 5.1.1 5.1.5).

    4.4.2 Soudures dangle et soudures bout bout pntration partielle (voir amorces 4, 5, 6, 8 et 11 dansle Tableau 5.1.3)

    (1) Il convient dvaluer les fissures dont lamorce se produit sur les racines de soudures et qui se propagent surla gorge de soudure laide de la somme vectorielle des efforts de cisaillement qui sexercent sur le mtal fondusur la base dune dimension relle de gorge (voir Figure 4.4.1).

    Pw et Hw sont les forces par unitde longueur

    g tgt

    Pw

    Hw

    Pw2gt

    Hw2gt

    fpContraintevectorielle

    Figure 4.4.1 Contraintes sur les gorges de soudure

    (2) Avec les assemblages recouvrement dans un plan, la contrainte par unit de longueur de soudure peut trecalcule sur la base de la surface moyenne des forces axiales et dun module polaire lastique du groupe desoudage pour les moments de flexion dans le plan (voir Figure 4.4.2).

    (3)PAvec les assemblages en T, tout effet de rigidit axiale diffrente le long de lassemblage doit tre pris encompte (voir Figure 4.2.1(c)).(4) Lorsque les soudures dangles simples ou les soudures bout bout pntration incomplte sont soumises des moments de flexion hors du plan, il est recommand de calculer les contraintes au niveau de la racine enutilisant une distribution linaire des contraintes dans la gorge de soudure (voir Figure 4.4.3).

    (5) Il y a lieu de nadmettre aucun contact par roulement sur le mplat des joints de soudure pntrationpartielle.

    4.4.3 Joints colls (voir Tableau 5.1.5)

    (1)PPour les joints recouvrement dont le plan de joint est dfaillant, la plage effective de cisaillement adh doittre fonde sur la force par unit de largeur du joint divise par la longueur vritable du recouvrement Ladh, o :

    Ladh = longueur de recouvrement L, o L 15mm (voir Tableau 5.1.5) ;

    Ladh = 15mm, o L > 15mm.

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    CongM

    P

    Distribution des tensionsdue au moment

    MDistribution des tensionsdue la charge directe

    P

    Surfacerecouverte

    M

    Figure 4.4.2 Contraintes des joints recouvrement

    Figure 4.4.3 Contraintes de la racine dunesoudure dangle

    4.4.4 Pices coules

    (1)PLa contrainte structurale principale doit tre obtenue par analyse des contraintes finies ou extensomtrie dansle cas de formes complexes, en labsence de solutions talons.

    4.5 Spectres de contraintes

    4.5.1 Comptage des cycles

    (1) Le comptage des cycles est une mthode de rpartition dun historique de contraintes complexe en un spectrepratique de cycles en termes dtendue de contraintes , de nombre de cycles n et, si ncessaire, de rapport R(voir Figure 2.2.1 et 5.3). Diffrentes mthodes sont utilises.

    (2) Pour les historiques de contraintes court terme o les vnements de charges simples sont rpts uncertain nombre de fois, la mthode du rservoir est recommande. Cette mthode, facilement visualisable, estsimple utiliser (voir Figure 4.5.1). Lorsque des historiques de contraintes long terme doivent tre utiliss, telsque ceux obtenus partir des tensions mesures dans des structures relles (voir annexe C), la mthode ducomptage des demi-cycles est recommande. Les deux mthodes conviennent une analyse lectronique.

    4.5.2 Calcul du spectre de contraintes

    (1) Le classement des cycles par ordre dcroissant damplitude produit un spectre de contraintes. Pour uncalcul facile, il peut tre ncessaire de simplifier un spectre complexe en un spectre comportant moins de bandes.Une mthode classique consiste regrouper les bandes en des groupes plus importants contenant le mmenombre total de cycles, mais dont lamplitude est gale celle de la bande la plus leve du groupe. Plusprcisment, la moyenne pondre de toutes les bandes dun groupe peut tre calcule laide de la puissance m,o m est la pente inverse de la courbe -N dont lutilisation est la plus vraisemblable (voir Figure 4.5.2).Lutilisation dune valeur moyenne arithmtique traduit toujours un dfaut de prudence.

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    B

    C A

    B

    A

    C

    B

    max

    mean

    min

    2=

    =

    3=

    = 3

    2

    1

    Cycles

    Time

    1=

    =

    mean

    mean

    Etape 1. Dterminer le variogrammedes contraintes pour lvnement decharge. Identifier le point de pic B.

    Etape 2. Dplacer le variogrammedes contraintes de la gauche dupoint de pic B vers la droite.

    Etape 3. Remplir le rservoirdeau. La plus grande profondeurest le cycle principal.

    Etape 4. Vidanger au niveau de laplus grande profondeur. Dterminerla nouvelle profondeur maximale.Cette dernire constitue le deuximeplus grand cycle.

    Etape 5 et suivantes. Rpterlopration jusqu ce que touteleau soit vidange. La somme detous les cycles est le spectre decontraintes pour le variogrammesusmentionn.

    Figure 4.5.1 Mthode de comptage des cycles, dite du rservoir

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    Pic (estimation prudente)Moyenne pondre (estimation la plus prcise)Moyenne arithmtique (estimation non prudente)

    Spectre enregistrSpectre simplifi pour calcul

    Bandesoriginales

    Bandesimplifie

    n1 n2 n3 n4

    3

    2

    1

    4

    Plag

    e de

    con

    train

    tes

    =

    n

    m

    n

    1/m

    Frquence cumule N

    Figure 4.5.2 Spectre dtendues de contrainte s simplifi

    5 Rsistance la fatigue

    5.1 Catgories dlments

    5.1.1 Facteurs affectant la catgorie dlments

    (1)PLa rsistance la fatigue dun lment doit tenir compte des facteurs suivants :

    a) le sens de la contrainte dondulation par rapport llment ;

    b) lemplacement de lamorce de fissure dans llment ;

    c) la disposition gomtrique et la proportion relative dlment.

    (2) La rsistance la fatigue peut galement dpendre des facteurs suivants :

    d) le type de produit ;e) le matriau ( moins quil ne soit soud) ;

    f) la mthode de fabrication ;

    g) le niveau de contrle aprs fabrication ;

    h) le niveau de qualit (dans le cas de soudures et de pices coules).

    5.1.2 Tableaux des catgories dlments

    (1) Les catgories pour les lments les plus couramment utiliss ont t divises en cinq groupes de base, savoir :

    a) les lments non souds des alliages corroys et couls (voir Tableau 5.1.1) ;

    b) les lments souds la surface de llment soumis une charge (voir Tableaux 5.1.2(a) et 5.1.2(b)) ;

    c) les lments souds au niveau des assemblages dextrmit (voir Tableau 5.1.3) ;

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    d) les assemblages mcaniques (voir Tableau 5.1.4) ;

    e) les joints colls (voir Tableau 5.1.5).

    5.2 Donnes relatives la rsistance la fatigue

    5.2.1 lments classs

    (1)PLa forme gnralise de la relation -N est reprsente la Figure 1.5.2, et est trace sur des chelleslogarithmiques. La courbe de calcul reprsente un niveau moyen dcart-type moins 2 en dessous de la lignemoyenne obtenue avec les donnes dexprience.

    (2)PLa relation de base de calcul de la fatigue pour des endurances infrieures 5 x 106 cycles est dfinie parlquation suivante :

    Ni

    x x MfFfi

    c

    m

    11021

    6 (5.1)

    o :

    Ni est le nombre prvu de cycles la rupture deltendue de contraintes i ;

    c est la valeur de rfrence de la rsistance la fatigue 2 x 106 cycles, en fonction de la catgoriedlment ;

    i estltendue de contraintes principale au niveau dlment et est constante pour tous les cycles ;

    m1 est la courbe inverse de la courbe -N, en fonction de la catgorie dlment ;

    Ff est le facteur partiel de scurit autorisant des incertitudes du spectre de charge et de lanalyse de larponse (voir 3.4) ;

    Mf est le facteur partiel de scurit pour les incertitudes observes dans les matriaux et leur excution(voir 5.2.1(3)).

    (3) Pour les applications normales o le calcul est conforme la prsente prnorme, y compris les exigences defabrication de lannexe D, une valeur de Mf = 1,0 peut tre applique (se rfrer toutefois 5.2.3(3) dans le cas dejoints colls).

    (4) La limite de fatigue amplitude constante, D, est effective 5x106 cycles, niveau en dessous duquel lescycles de contraintes sont supposs tre n