CARACTERISATION EXPERIMENTALE ET MODELISATION NUMERIQUE DE LA FATIGUE A FAIBLE NOMBRE DE CYCLES D'UN SUPERALLIAGE BASE NI MONOCRISTALLIN SOUS CHARGEMENT MULTIAXIAL PDF Download

Author: PASCAL.. BOUBIDI
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Languages : fr
Pages : 150

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LA DUREE DE VIE DE STRUCTURES MONOCRISTALLINES A ETE ABORDEE SELON UNE APPROCHE EXPERIMENTALE ET UNE MODELISATION NUMERIQUE. UNE DETERMINATION SATISFAISANTE DE LA DUREE DE VIE DOIT INCLURE UN MODELE D'AMORCAGE ET UNE PREVISION DE LA PROPAGATION DE FISSURE. LA PRINCIPALE CONTRIBUTION DE CETTE THESE CONCERNE L'AMORCAGE DE FISSURE VIA UNE IMPORTANTE CAMPAGNE D'ESSAIS ACCOMPLIE POUR LE SC16 DU BAM-BERLIN. LES RESULTATS INEDITS ONT ETE OBTENUS A L'AIDE D'ESSAIS SUR EPROUVETTES ENTAILLEES. EN EFFET ON A MONTRE QUE DEUX ZONES DE FISSURATION EXISTENT DE PART ET D'AUTRE DU FOND D'ENTAILLE POUR UNE EPROUVETTE ORIENTEE SUIVANT 001 ALORS QUE LES FISSURES SE CONCENTRENT AU NIVEAU DE LA SECTION MINIMALE POUR LES ORIENTATIONS 011 ET 111. DES OBSERVATIONS METALLOGRAPHIQUES ONT PERMIS EGALEMENT DE CARACTERISER LE MODE DE RUPTURE. LA PARTIE SIMULATION TRAITE D'ABORD DE L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES DU MODELE CRISTALLOGRAPHIQUE VALABLES POUR DES CHARGEMENTS CYCLIQUES ANISOTHERMES ET POUR LES TEMPERATURES 20, 650, 850 ET 950\C, UNE ATTENTION PARTICULIERE ETANT PRETE A 950\C. CE MODELE A ETE UTILISE POUR SIMULER DES ESSAIS ISOTHERMES LCF SUR EPROUVETTES ENTAILLEES UTILISANT LA METHODE DES ELEMENTS-FINIS. DES MODELES D'AMORCAGE PEUVENT ALORS ETRE APPLIQUES PAR DES POST-PROCESSEURS POUR ABOUTIR A LA DUREE DE VIE. UNE NOUVELLE DEFINITION DE LA VARIABLE CRITIQUE, ISSUE DE LA CISSION RESOLUE, A ETE VALIDEE. UNE SECONDE APPROCHE, UN MODELE DE RUPTURE STATISTIQUE TENANT COMPTE DE LA DISTRIBUTION DE DEFAUTS DANS L'ESTIMATION DE LA DUREE DE VIE, A EGALEMENT ETE APPLIQUE AVEC SUCCES. LA METHODOLOGIE OBTENUE A PARTIR DE L'EPROUVETTE DE LABORATOIRE A ETE TESTEE ET VALIDEE PAR DES RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR UNE EPROUVETTE TECHNOLOGIQUE DE SIEMENS (KWU) SIMULANT LES ZONES LES PLUS CRITIQUES D'UNE AUBE DE TURBINE. LA DERNIERE PARTIE CONCERNE L'ETUDE NUMERIQUE DES BANDES DE LOCALISATION DE LA DEFORMATION EN POINTE DE FISSURE D'UN MONOCRISTAL EN DEFORMATION PLANE ET A BASSE TEMPERATURE. NOTRE CONTRIBUTION CONCERNE LA MODIFICATION DES RESULTATS OBTENUS PAR LA MECANIQUE CLASSIQUE DES MILIEUX CONTINUS, PRODUITE PAR L'INTRODUCTION DE LA THEORIE DES MILIEUX CONTINUS GENERALISES. UN MODELE DE COSSERAT POUR LE MONOCRISTAL A ETE UTILISE, POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS D'UNE EPROUVETTE CT. CELUI-CI EXCLUE LES BANDES EN GENOU EN FAVEUR DES BANDES DE CISAILLEMENT QUI S'IDENTIFIENT AUX DIRECTIONS DE BIFURCATION DE FISSURES APRES PROPAGATION STABLE.

Author: Noushin Torabiandehkordi
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Ce travail vise à améliorer notre compréhension du comportement en fatigue à grand et très grand nombre de cycles d'un acier ferrito-martensitique dual phase, notamment les effets de la température et de la vitesse de déformation résultant de chargements cycliques à haute fréquence. L'effet de la fréquence sur la réponse en fatigue de l'acier DP600 a été étudié en effectuant des essais de fatigue sur une machine ultrasonique travaillant à 20 kHz et sur une machine conventionnelle travaillant à des fréquences inférieures à 100 Hz. Des études de fractographie et des observations microscopiques à la surface des échantillons ont été effectuées pour étudier les mécanismes de déformation et de rupture. De plus, la thermographie infrarouge in situ a été utilisée pour étudier la réponse thermique et les mécanismes dissipatifs du matériau lors des essais de fatigue. Les courbes S-N ont été déterminées à partir de chargements de fatigue ultrasoniques à 20 kHz et d'essais conventionnels à 30 Hz. La durée de vie pour une amplitude de contrainte donnée est plus élevée dans le cas de la fatigue ultrasonique bien que la limite de fatigue soit identique dans les deux cas. L'augmentation inévitable de la température en fatigue ultrasonique à fortes amplitudes de contraintes, ainsi que le comportement dépendant de la vitesse de déformation de la ferrite, en tant que structure CC, ont été trouvés comme les paramètres clés expliquant le comportement observé en fatigue, et la réponse thermique sous les fréquences faibles et ultrasoniques. Les écarts observés entre l'essai de fatigue conventionnel et celui ultrasonique ont été évalués à travers les mécanismes de mobilité des dislocations vis dans la phase ferritique de structure cubique centrée (CC). La durée de vie plus élevée et l'amorçage de la fissure principale sur une inclusion observés en fatigue ultrasonique ont été attribués au vieillissement dynamique résultant du fort auto-échauffement du matériau aux fortes amplitudes de contraintes. L'existence d'une transition du régime thermiquement activé au régime athermique avec l'augmentation de l'amplitude de contrainte a été mise en évidence. Au-dessous de la limite de fatigue, la déformation a lieu dans un régime thermiquement activé alors qu'elle est dans un régime athermique au-dessus de la limite de fatigue. En fatigue conventionnelle, la déformation est athermique pour toutes les amplitudes de contrainte. Une carte de transition a été produite en utilisant les résultats expérimentaux pour l'acier DP600 ainsi que les données disponibles dans la littérature pour d'autres aciers à base de ferrite, montrant ainsi la corrélation entre le mouvement des dislocations vis thermiquement activé et l'absence de rupture en fatigue à très grand nombre de cycle.

Author: Christian C.. Roth
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Cette thèse porte sur l'effet du taux de déformation sur l'initiation de la rupture ductile des métaux dans les aciers avancés à haute résistance (AHSS). Une analyse détaillée de la plasticité des AHSS (effet de la température et au taux de déformation) est requise, ainsi que la caractérisation de l'effet de l'état des contraintes. Les principaux résultats de cette thèse sont : (i) des essais novateurs pour déterminer la déformation à rupture dans les toles sous chargement proportionnel pour des chargements allant du cisaillement pur à la traction équi-biaxiale (ii) le développement d'une technique expérimentale permettant de réaliser des essais à rupture sur toles avec des barres de Hopkinson (SPHB) (iii)) un modèle de plasticité en grandes déformations incluant la dépendance au taux de déformation et à la température (iv) un modèle d'initiation de la rupture ductile dépendant du taux de déformation et (v) des observations micrographiques montrant une augmentation significative de la localisation de déformation à de forts taux de déformation. Outre une introduction générale, des conclusions, et un chapitre de perspectives, la thèse comprend quatre chapitres principaux: Dans le premier chapitre, un programme basique d'essais à rupture pour les toles est développé afin de caractériser l'amorce de la rupture ductile sous différents états de contraintes. Une éprouvette plane comportant deux sections utiles paralèlles est proposée pour déterminer la déformation à rupture pour des états de contraintes proches du cisaillement pur. Une méthodologie basée sur des simulations EF est développée pour optimiser la géométrie de l'éprouvette en fonction de la ductilité du matériau et de son écrouissage. Une éprouvette de traction trouée est optimisée pour déterminer la ductilité en traction uniaxiale. La déformation plane est étudiée par flexion d'une large bande, tandis qu'un essai de poinçonnement miniature est utilisé pour la traction equi-biaxiale. Dans un deuxième chapitre, un système d'inversion est développé pour des essais de traction à de forts taux de déformations avec des SPHB. Une barre de sortie située au-dessus de la barre d'entrée permet de mesurer l'effort de traction, tandis que le déplacement de l'éprouvette est mesuré par caméra rapide. Cette configuration permet une durée d'essais deux fois plus long qu'un système conventionnel de Kolsky, et des essais à des taux intermédiaires (~100/s) sans augmenter la longueur totale du système. Dans un troisième chapitre, des essais de traction à divers taux de déformation sont réalisés sur des éprouvettes plates lisses, entaillées et trouées. La rupture est précédée d'une striction. Une approche hybride expérimentale et numérique est utilisée pour calculer la déformation à rupture. Une dépendance au taux de déformation et à la température de type Johnson-Cook avec un écrouissage combiné Swift-Voce est utilisée avec une loi d'écoulement anisotrope non-associée pour décrire précisément les champs locaux de déformation. Les variations de tempréatures ne sont pas calculées en résolvant le problème thermo-mécanique complet, mais au moyen d'une fonction de poids dépendant du taux de déformation. Ces résultats sont ensuite utilisés pour calibrer et valider une extension récente du modèle d'initiation de rupture d'Hosford-Coulomb, prenant en compte l'effet du taux de déformation. Dans un quatrième chapitre, des essais sur éprouvettes de cisaillement sont réalisés pour une large gamme de température et de taux de déformation. La déformation de l'éprouvette est soigneusement analysée par corrélation d'images numériques et par une approche hybride expérimentale et numérique. Des analyses EBSD sont réalisées sous la surface de rupture, mettant en évidence l'influence de la vitesse de chargement sur la déformation de la microstructure.