Sous quelle combinaison spécifique de cycles thermiques à haute fréquence-et de vibrations mécaniques une gaine en acier inoxydable 316 de 2,0 millimètres démontre-t-elle une durée de vie à la fatigue inférieure à celle d'une gaine de 1,2 millimètre dans les réchauffeurs de procédés industriels ?

Pour les ingénieurs en fiabilité des thermoplongeurs électriques utilisés dans les machines de moulage par injection, les compresseurs alternatifs et les systèmes à huile thermique, la combinaison des cycles thermiques et des vibrations mécaniques génère une condition de fatigue complexe rarement capturée dans les tests monomodes. L'intuition nous dit qu'une gaine 316 plus épaisse de 2,0 mm devrait toujours vivre plus longtemps qu'une gaine plus fine de 1,2 mm soumise à une charge cyclique. Mais l’inverse est vrai lorsque des cycles thermiques à haute fréquence sont combinés à des vibrations modérées. La paroi plus épaisse entraîne des contraintes thermiques transitoires plus élevées et sa plus grande rigidité transmet directement les forces de vibration à l'interface MgO, ce qui accélère la formation de fissures.

Mécanisme d'interaction entre la contrainte thermique et la fatigue vibratoire
La fatigue due au cycle thermique dans une gaine 316 est déterminée uniquement par la différence de température à travers la paroi. Le gradient transitoire est d'environ 220 °C pour un mur de 2,0 mm pendant un cycle de 20 °C à 250 °C à 10 °C par seconde. La contrainte thermique est d'environ 350 MPa-, considérablement supérieure à la limite d'élasticité de 316 à des températures élevées. Le matériau cède plastiquement à chaque cycle, accumulant les dommages. Pour un mur de 1,2 mm, le même transitoire donne un gradient de 130°C et une contrainte d'environ 200 MPa, généralement inférieure à la limite d'élasticité. Lorsque les vibrations mécaniques se superposent, les mécanismes de dommages interagissent. La gaine de 2,0 mm est déjà proche ou supérieure à la limite d'élasticité due à la seule contrainte thermique et l'ajout d'une contrainte vibratoire, même mineure, entraîne le matériau plus profondément dans le régime plastique. L'inclusion d'une contrainte de vibration pour la gaine de 1,2 mm qui n'est élastique que sous contrainte thermique peut toujours maintenir le matériau en dessous de sa limite d'élasticité.