Etude d'une rupture de fatigue sur arbre manivelle

[fanchcisco]

Bonjour,
Je cherche a étudier cette rupture de fatigue, il s'agit d'un arbre manivelle de moteur diesel d'environ 2500cv qui a soudainement cassé.
Il s'agit d'une rupture de fatigue, mais j'aurais aimé avoir l'analyse de personnes bien renseignées dans ce domaine...
Pour ma part j'observe des lignes radiales et peut être des lignes de propagations...
Ca voudrait dire qu'il y a eu plusieurs points d'amorces au niveau du début des lignes radiales?

merci pour votre aide
overview crack2.jpg
Overview crack1.jpg
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[Jaunin]

Bonjour, Fanchcisco,
Bienvenu sur le forum de Futura-Sciences.
Pourriez-vos nous ajouter une photo de face des pièces cassées.
Cordialement.
Jaunin__

[fanchcisco]

Bonjour Jaunin,
Voici quelques photos en plus (en vue génrale ce sont les seules que j'ai):
P1070781.JPG
P1070789.JPG

merci pour l'aide

[fanchcisco]

En voici une autre
Cdlt

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jaunin]

Bonjour, Fanchcisco,
Il serait peut être intéressant de demander, aux modérateurs, afin d'éviter les doublons, le transfert en Technologie.

Cordialement.
Jaunin__

[LPFR]

Bonjour Jaunin.
C'est fait.
Cordialement

[Sanglo]

Bonsoir,

Au premier abord au vu des photos, on dirait que la fissuration (toute la partie où on ne voit pas le grain de l'acier) part de l'extérieur de la pièce pour se propager vers la partie cylindrique (palier ou maneton?).
On dirait également que lors de l'arrachement (partie granuleuse) la ligne de rupture suit la base du rayon de raccordement au cylindre et elle est plutôt abrupte.
J'ai vu quantité de fissures et de casses dans ma carrière puisque j'étais appelé à réparer par soudage (pas sur des pièces de ce genre, c'était en carrières et cimenteries) mais je n'ai pas souvenir de sillons qui entrent dans la pièce comme on le voit sur les photos.

Rupture de fatigue je suis sceptique.
La rupture de fatigue survient surtout quand les pièces sont soumises à des efforts alternés ce qui entraîne une fissuration qui si elle n'est pas enrayée fini en rupture.
Je pencherais plutôt pour un défaut de fabrication dû à des microfissures ou des inclusions qui se sont développées dans le temps.

Je n'ai pas de certitudes et je n'ai fais qu'avancer une hypothèse mais le débat est ouvert.

A++

[Jaunin]

Bonjour, LPFR,
Merci.
Cordialement.

Bonjour, Sanglo,
Cela ne va être facile, peut être une flexion rotative.
Quelle était la qualité d'usinage.
Cordialement.
Jaunin__

[mécano41]

Bonjour à tous,

Essaie de faire une recherche avec "faciès de rupture". Les images et commentaires des différents sites pourraient te permettre de déterminer l'origine de la ruine.

Cordialement

[Sanglo]

Bonjour Denis,

Je reviens un peu sur ce que j'ai dit dans mon message précédent.

Apparemment il s'agit de ce qu'on appelle plus communément un vilebrequin.
Un moteur diesel de 2500 CV est généralement un moteur à vitesse lente comme c'est le cas pour les moteurs marins.
Je pense qu'on peut éliminer le défaut de conception sinon d'autres moteurs du même type auraient également eu des problèmes.

Une rupture par fatigue pourrait survenir si le vilebrequin est soumis à flexion par manque suffisant de paliers (peu probable qu'un constructeur économise sur le nombre de paliers d'un moteur de telle puissance ... mais sait-on jamais !!!).
Dans le cas de rupture de fatigue plusieurs causes peuvent être envisagées:
- Une fatigue de torsion dûe à des sollicitations anormales.
- Fatigue de torsion causée par un équilibrage déficient (équilibrage statique ET dynamique).
Un équilibrage déficient provoque des vibrations
- Fatigue de torsion induite par des jeux sur des paliers ou manetons et dans ce cas on peut avoir combinaison de flexion et de torsion.

Le défaut de fabrication est toujours possible.
Le vilebrequin est-il forgé ou coulé ?
Quelle est la matière de fabrication ? acier allié ou fonte nodulaire avec durcissement structural des portées de palier ou de manetons ?

Bref, on peut déjà envisager pas mal de possibilités quant à la cause qui a engendré la rupture.

A++

[Sanglo]

Re,

Un document intéressant (voir à partir de la page 8)
http://www.ccdmd.qc.ca/sites/default/files/forces_1.pdf

A++

[Sanglo]

Voir aussi page 13
http://www.google.be/url?url=http://...07ED7JPVK4KZcw

A++

[SK69202]

Si le moteur est un moteur de propulsion de navire un défaut d'alignement moteur/ligne d'arbre peut induire une flexion anormale dans le bâti moteur qui se répercute sur le vilebrequin.
Une autre origine de contrainte non prévues peut être le montage d'accessoires sur le nez du vilebrequin.

[Jaunin]

Bonjour, Fanchcisco,
Auriez-vous une photo de la sortie de votre arbre avant la casse ou sur quoi était-il relié.
Cordialement.
Jaunin__

[fanchcisco]

Bonjour,
Merci pour vos réponses et les documents,
il s'agit effectivement d'un moteur marin tournant à 2000tr/min
L'arbre manivelle entraîne la ligne d'arbre via un reducteur via un accouplement qui amortit les vibrations.
L'avarie proviendrait effectivement d'un palier d'arbre manivelle (villebrequin) retrouvé complètement brulé. Le manque de soutient aurait entraîné la casse de l'arbre par fatigue sous l'effet de flexion.
L'avis que j'ai eu précédemment est le suivant: il y a eu de multiples points à l'origine de la fissure (multiples rivières tranversales) l'origine proviendrait donc de la liaison joue tourillon et ce serait propagé ensuite...
Mais je voulais avoir d'autre avis car effectivement je trouve que le grain ne confirme pas tout à fait cela et je n'explique pas les lignes d'arrêts (courbes sur une des faces...)

Merci pour vos avis

[Sanglo]

Bonjour,

je trouve que le grain ne confirme pas tout à fait cela

Il faut se rendre compte d'une chose:
Les parties granuleuses restent tel quel au moment de la rupture.
Pour ce qui est des parties "plus lisses" c'est dû au fait qu'une fissure prend du temps à se propager et durant ce temps il y a frottement au niveau des parties fissurées.
Ca peut se comparer à un polissage par abrasion.

A++

[fanchcisco]

Oui c'est que j'avais compris, mais cela veut dire que les parties lisses correspondent à l'origine de la fissure soit les extrémités... ce qui n'est pas très cohérent avec le fait que la fissure aurait commencé à la liaison joue tourillon (zone de concentration de contraintes). C'est cela qui me perturbe...

[Sanglo]

D'après les photos jointes la zone de rupture est à la jonction joue-tourillon et la zone de fissuration démarre en bout de la joue.
La naissance de la fissure dépend certainement du sens de la force qui induit une flexion.

A++

[Jaunin]

Il serait intéressant de pouvoir dessiner le bout de la pièce et de la simuler pour voir si on obtient ce genre de cassure.
J'ai eu fait des pièces soumises à de très grands chocs ou les rayons de raccordement étaient "poli" qualité 4 triangles pour évité toute amorce de rupture.

[Jaunin]

Encore des liens intéressants:
http://campus-douai.gemtech.fr/file....pture_web.html

http://spiral.univ-lyon1.fr/files_m/...61453_3420.pdf

Mais c'est la théorie.

[Jaunin]

Il faudrait s'amuser à refaire la pièce, car sur le modèle ci-joint on voit déjà des "choses"

http://www.ijetae.com/files/Volume4I...AE_0714_67.pdf

[Jaunin]

Pour voir les coefficients de concentrations de contraintes en fonction des formes.


http://fr.slideshare.net/YoCreo/pete...borah-f-pilkey

[fanchcisco]

Bonjour,
merci à tous pour vos contributions.
Je reste toujours étonné, car le constructeur du moteur dit que les points de départ de la fissure correspondent au début des rivières (grosses marques en bas sur la photo de sando avec le dessin...) et que ces rivières montre le sens de propagation...
Plus je me renseigne et plus j'ai l'impression que ce n'est pas vraiment cela...
merci en tout cas

[Jaunin]

Bonjour, Fanchcisco,
Donc vous voulez parler du tracé de Sanglo sur la photo.
Le constructeur du moteur ne peut pas vous montrer une simulation de son arbre comme sur la discussion #21.
Cordialement.
Jaunin__

[fanchcisco]

Bonsoir,
Oui effectivement, malheureusement le constructeur ne veut pas trop communiquer sur ce genre de problème.
Si on reprend le dessin de Sanglo, la partie supérieure de la photo correspond au maneton (là où les bielles transmettent la force) alors que en partie basse (pas visible sur cette pièce là mais sur l'autre) il s'agit du tourillon qui est supporté par le palier. C'est à cause de ce palier qui "soutenait" mal l'arbre que l'a casse aurait eu lieu.

[Jaunin]

Il y a aussi les vibrations :

http://www.sdtools.com/pdf/CFM09_damping.pdf

[Sanglo]

Bonsoir,

le constructeur du moteur dit que les points de départ de la fissure correspondent au début des rivières (grosses marques en bas sur la photo de sando avec le dessin...) et que ces rivières montre le sens de propagation...

Le constructeur dit la même chose que moi (messages #16 et 18)

A++