Note publique d'information : De nombreux travaux expérimentaux mettent en évidence que, dans un environnement hydrogénant,
l'hydrogène généré par des réactions en surface puis drainé dans la zone plastifiée
modifie les mécanismes de déformation et d'endommagement en pointe de fissure de fatigue
dans les métaux, entraînant un abaissement important de leur résistance à la fissuration.
L'objectif est de développer un modèle de ces phénomènes complexes dans le cadre de
la mécanique de l'endommagement, et de le confronter aux résultats d'essais de propagation
de fissure de fatigue sous hydrogène gazeux sur un acier inoxydable martensitique
15-5PH. Un modèle de fissuration utilisant une méthode de zone cohésive a été implémenté
dans le code de calcul ABAQUS. Une loi de traction-séparation adaptée aux chargements
cycliques, dont les paramètres sont influencés par la concentration en hydrogène,
a été développée. De plus, la diffusion de l'hydrogène tient compte de l'influence
de la contrainte hydrostatique et du piégeage. Le comportement mécanique du volume
du matériau est modélisé par une loi élastoplastique. On montre que le modèle est
capable de prédire la propagation monotone en présence d'hydrogène, puis on étudie
la capacité du modèle cohésif avec la loi de traction-séparation développée à prédire
les courbes de propagation de fatigue pour l'acier 15-5PH sous air. Enfin, les vitesses
de propagation de fissure de fatigue simulées en présence d'hydrogène sont comparées
à celles obtenues expérimentalement. La capacité du modèle à évaluer les contributions
respectives des mécanismes d'endommagement (HELP, HEDE) dans la dégradation de la
résistance à la fissuration de l'acier étudié est discutée.
Note publique d'information : Experimental studies in a hydrogeneous environment indicate that hydrogen created
by surface reactions, then drained into the plastic zone, leads to a modification
of deformation and damage mechanisms at the fatigue crack tip in metals, resulting
in a significant decrease of crack propagation resistance. This study aims at building
a model of these complex phenomena in the framework of damage mechanics, and to confront
it with the results of fatigue crack propagation tests in high pressure hydrogen on
a 15-5PH martensitic stainless steel. To do so, a cohesive zone model was implemented
in the finite element code ABAQUS. A specific traction-separation law was developed,
which is suitable for cyclic loadings, and whose parameters depend on local hydrogen
concentration. Furthermore, hydrogen diffusion in the bulk material takes into account
the influence of hydrostatic stress and trapping. The mechanical behaviour of the
bulk material is elastic-plastic. It is shown that the model can qualitatively predict
crack propagation in hydrogen under monotonous loadings; then, the model with the
developed traction-separation law is tested under fatigue loading. In particular,
the simulated crack propagation curves without hydrogen are compared to the experimental
crack propagation curves for the 15-5PH steel in air. Finally, simulated fatigue crack
propagation rates in hydrogen are compared to experimental measurements. The model's
ability to assess the respective contributions of the different damage mechanisms
(HELP, HEDE) in the degradation of the crack resistance of the 15-5PH steel is discussed.
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