Étude expérimentale et numérique de la déchirure ductile basée sur des approches locales en mécanique de la rupture PDF Download
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Book Description
Cette étude est une contribution à l'analyse de la déchirure ductile utilisant les concepts de l'approche locale en mécanique de la rupture, dans le cas de trois matériaux possédant des taux inclusionnaires différents : un acier au carbone-manganèse étudié dans la configuration d'un joint soude, un acier au nickel-chrome 12NC6 et un alliage d'aluminium 2024-T351. Dans la partie expérimentale, les essais de déchirure ont mis en évidence l'influence de la fraction volumique d'inclusions fv sur les valeurs de la ténacité à l'amorçage caractérisée par le paramètre énergétique J0,2 et sur la résistance à la propagation de la fissure dJ/da. La simulation de la déchirure a été réalisée à l'aide du modèle de Rice-Tracey (RT) base sur la croissance des cavités et des modèles de Rousselier et Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) basés sur l'endommagement continu. Une étude paramétrique a permis de mettre en évidence l'influence majeure de la taille des mailles en pointe de fissure sur les résultats issus de l'approche locale et d'évaluer l'importance des paramètres lies aux modèles. Le modèle RT, contrairement aux potentiels de Rousselier et GTN, ne considère pas dans sa formulation la fraction volumique d'inclusions, ce qui le met en défaut dans les cas ou le taux inclusionnaire est faible. En outre, les trois modèles ont permis de prédire avec succès la direction d'une fissure dans le cas du joint soudé, mais seuls les potentiels de Rousselier et GTN sont parvenus à simuler l'avancée de la fissure, par effondrement automatique des mailles. Dans le cas du modèle RT, la technique de relâchement des noeuds utilisée pour simuler l'accroissement de la fissure nécessite la connaissance préalable du trajet de la fissure et limite ainsi l'application de ce modèle aux cas de structures homogènes présentant une symétrie géométrique.
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Cette étude est une contribution à l'analyse de la déchirure ductile utilisant les concepts de l'approche locale en mécanique de la rupture, dans le cas de trois matériaux possédant des taux inclusionnaires différents : un acier au carbone-manganèse étudié dans la configuration d'un joint soude, un acier au nickel-chrome 12NC6 et un alliage d'aluminium 2024-T351. Dans la partie expérimentale, les essais de déchirure ont mis en évidence l'influence de la fraction volumique d'inclusions fv sur les valeurs de la ténacité à l'amorçage caractérisée par le paramètre énergétique J0,2 et sur la résistance à la propagation de la fissure dJ/da. La simulation de la déchirure a été réalisée à l'aide du modèle de Rice-Tracey (RT) base sur la croissance des cavités et des modèles de Rousselier et Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) basés sur l'endommagement continu. Une étude paramétrique a permis de mettre en évidence l'influence majeure de la taille des mailles en pointe de fissure sur les résultats issus de l'approche locale et d'évaluer l'importance des paramètres lies aux modèles. Le modèle RT, contrairement aux potentiels de Rousselier et GTN, ne considère pas dans sa formulation la fraction volumique d'inclusions, ce qui le met en défaut dans les cas ou le taux inclusionnaire est faible. En outre, les trois modèles ont permis de prédire avec succès la direction d'une fissure dans le cas du joint soudé, mais seuls les potentiels de Rousselier et GTN sont parvenus à simuler l'avancée de la fissure, par effondrement automatique des mailles. Dans le cas du modèle RT, la technique de relâchement des noeuds utilisée pour simuler l'accroissement de la fissure nécessite la connaissance préalable du trajet de la fissure et limite ainsi l'application de ce modèle aux cas de structures homogènes présentant une symétrie géométrique.
Author: Regis Blondeau Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118623746 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 384
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This book offers a comprehensive overview on the subject of welding. Written by a group of expert contributors, the book covers all welding methods, from traditional to high-energy plasmas and lasers. The reference presents joint welding, stainless steel welding, aluminum welding, welding in the nuclear industry, and all aspects of welding quality control.
Author: Ahmade Al Rassis Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 206
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Ce travail constitue une contribution à l'étude expérimentale et numérique de la déchirure ductile à chaud dans un joint soude afin de développer une méthode d'analyse, adaptée à ce type d'assemblages. L'étude expérimentale a permis de déterminer les caractéristiques mécaniques, ainsi que les résistances à la déchirure ductile à température T= 300°C, du métal de base (MB), métal fondu (MF) et de la zone affectée thermiquement (ZAT) prélevés à partir d'un joint soudé réalisé dans des conditions représentatives des fabrications industrielles. L'analyse numérique, utilisant la méthode des éléments finis, a été réalisée à l'aide du logiciel systus. Cette étude a été effectuée sur une éprouvette ct 25 en vue d'une comparaison entre deux approches de la mécanique de la rupture : une approche globale décrite par l'intégrale J de Rice et du CTOD et une approche locale basée sur le modèle de croissance des cavités de Rice-Tracey. Ces approches ont été vérifiées sur trois configurations différentes permettant la modélisation d'un joint soudé : un monométal (MB), un bimétal (MB+MF) et un trimétal (MB+ZAt+MF). A l'issue de cette étude, nous avons essentiellement montré l'influence majeure des caractéristiques mécaniques du métal de base sur le comportement global (les évolutions de la charge, de l'intégrale J, CTOD ...), dans le cas des structures soudées présentant une situation d'overmatching, et que l'approche locale est beaucoup plus sensible aux champs de contraintes et déformations en pointe de fissure. L'approche locale constitue, donc, une alternative permettant de caractériser la déchirure ductile d'un assemblage soude.
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LES TRAVAUX DE CETTE ETUDE PORTENT SUR L'UTILISATION DE L'APPROCHE LOCALE DE LA RUPTURE POUR MODELISER LA PROPAGATION DES FISSURES PAR DECHIRURE DUCTILE. LE LOGICIEL DE CALCULS DEVELOPPE, BASE SUR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS EN MILIEU BIDIMENSIONNEL, PERMET DE SIMULER LA COURBE R (CONTRAINTE PLANE) OBTENUE JUSQU'A PRESENT DE FACON EXPERIMENTALE A PARTIR D'EPROUVETTES DE LABORATOIRE EN MECANIQUE DE LA RUPTURE. LES RESULTATS SONT SATISFAISANTS AUSSI BIEN DU POINT DE VUE QUALITATIF QUE QUANTITATIF. UNE ETUDE DE CONVERGENCE VIS-A-VIS DE LA TAILLE DU MAILLAGE EN FOND DE FISSURE A PERMIS DE RELIER CELLE-CI A UNE CARACTERISTIQUE DU MATERIAU (LA DISTANCE MOYENNE ENTRE LES PLUS GROS COMPOSES INTERMETALLIQUES). LE CRITERE LOCAL EMPLOYE, VALIDE EN PLASTICITE ETENDUE, VERIFIE EGALEMENT LES PROPRIETES FONDAMENTALES DE LA COURBE R PROUVANT AINSI LA BONNE PRISE EN COMPTE PAR CELUI-CI DU PHENOMENE PHYSIQUE DE LA RUPTURE. IL SE REVELE INTRINSEQUE AU MATERIAU POUR LES GEOMETRIES ETUDIEES. LA RUPTURE INSTABLE OBSERVEE POUR DES STRUCTURES EPAISSES EST REPRODUITE PAR LE LOGICIEL SOUS HYPOTHESE DE DEFORMATION PLANE. LE BON COMPORTEMENT DE LA MODELISATION NUMERIQUE PERMET MAINTENANT D'ENVISAGER SON APPLICATION A LA PREDICTION DE LA FISSURATION DE STRUCTURES REELLES PLUS COMPLEXES QUE LES EPROUVETTES DE LABORATOIRE
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Le mécanisme de la déchirure ductile est lié à la nucléation, la croissance et la coalescence de cavités au sein des aciers. C’est pourquoi la modélisation de ce type de rupture doit, en général, être menée à l’aide de critères basés sur des grandeurs locales qui permettent de bien prendre en compte l’histoire de la triaxialité des contraintes et du chargement sur le processus de rupture. Pour ces calculs, le choix de l’approche locale de la mécanique de la rupture semble donc être naturel. Cependant, si ce type de modèle est très bien validé d’un point de vue ‘physique’, il se heurte à des difficultés de mise en œuvre numérique (présence d’éléments distordus ou de rigidité nulle) difficilement contournables qui limitent souvent la modélisation de la propagation de fissure en déchirure ductile à quelques mm. Pour pouvoir appliquer ces modèles sur des cas industriels, il est donc nécessaire d’étendre leur domaine de stabilité numérique, notamment pour les composants de tuyauterie nucléaire qui sont de grandes dimensions et peuvent tolérer de grandes propagations en déchirure ductile (plusieurs dizaines de mm) avant d’atteindre le chargement à l’instabilité. L’objectif de cette thèse est donc de développer un outil permettant d’étendre le domaine d’application numérique des modèles d’approche locale pour la rupture ductile aux grandes propagations de fissure en déchirure ductile. L’outil développé est un modèle de zone cohésive (modèle de fissure dont les lèvres sont reliées par une loi de comportement) dont la loi de comportement est identifiée de manière à être cohérente avec le modèle d’approche locale choisi. La cohérence du modèle de zone cohésive avec le modèle d’approche locale est obtenue par une construction incrémentale de la loi cohésive qui permet d’assurer l’équivalence du travail plastique et de la réponse mécanique des deux modèles dans le cas d’une traction uniaxiale, qui est assez proche de la sollicitation observée en déchirure ductile. L’extension du domaine d’application du modèle d’approche locale est permise par son utilisation couplée avec le modèle de zone cohésive cohérent dans le cadre de la méthode des éléments finis étendue (XFEM). L’utilisation de cette méthode Eléments Finis est un point clé de l’approche proposée dans ce mémoire. Elle permet en effet l’introduction d’une discontinuité mobile, dans notre cas le modèle de zone cohésive, au cours du calcul et ce de manière indépendante du maillage de la structure étudiée. Pour son application à la déchirure ductile, une extension aux problèmes non linéaires géométriques et matériaux a été mise en œuvre. Les problèmes traités dans ce mémoire supposent la préexistence d’une fissure. Ainsi, la zone cohésive est insérée puis étendue suivant la vérification d’un critère local défini en termes de fraction volumique de cavités testé en avant de la pointe de la fissure puis de celle du modèle de zone cohésive. Le niveau du critère est choisi de telle sorte que ce soit le modèle d’approche locale qui modélise la part principale du processus d’endommagement afin de permettre une prise en compte optimale des effets de la triaxialité des contraintes. La méthode proposée a été appliquée au modèle de Rousselier pour la rupture ductile dans le cadre XFEM de Cast3M le programme Eléments Finis pour la mécanique du CEA.
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CETTE ETUDE CONCERNE LA DECHIRURE DUCTILE A 300C D'UN ACIER AU CARBONE-MANGANESE PRESENTANT UNE FORTE TENEUR D'INCLUSIONS DE SULFURE DE MANGANESE. LE PROGRAMME EXPERIMENTAL A PORTE SUR DES EPROUVETTES FISSUREES ET AXISYMETRIQUES ENTAILLEES. DES EPROUVETTES FISSUREES ORIGINALES (SENT ET CT AVEC PETITES FISSURES) ONT ETE EMPLOYEES ET ONT MONTRE QUE LES PARAMETRES J#L#C ET DJ/DA NE SONT PAS DES CARACTERISTIQUES INTRINSEQUES AU MATERIAU MAIS DEPENDENT DE LA GEOMETRIE DE L'EPROUVETTE EMPLOYEE. L'ETUDE SUR LES EPROUVETTES ENTAILLEES A MIS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE LA TAILLE DE CELLES-CI SUR LES VALEURS A RUPTURE : LES VARIATIONS OBSERVEES SONT DE PLUS DE 25% SUR LES DEFORMATIONS MOYENNES A RUPTURE. LES MECANISMES DE RUPTURE SONT ETUDIES SUR DES COUPES METALLOGRAPHIQUES, DES EXAMENS FRACTOGRAPHIQUES ET DES ESSAIS IN SITU. LA NAISSANCE DE L'ENDOMMAGEMENT SE CARACTERISE PAR LA RUPTURE OU LA DECOHESION DES SULFURES DE MANGANESE QUI SONT REGROUPES EN AMAS. UNE ANALYSE INCLUSIONNAIRE APPUYEE PAR DES ACQUISITIONS EN ANALYSE D'IMAGES ET UN TRAITEMENT AVEC LES CELLULES DE VORONOI A PERMIS DE DEFINIR LES GRANDEURS ASSOCIEES AUX INCLUSIONS. LA SIMULATION DE LA DECHIRURE DUCTILE A ETE EFFECTUEE A L'AIDE DE L'APPROCHE LOCALE DE LA RUPTURE. PLUSIEURS MODELES D'ENDOMMAGEMENT ONT ETE UTILISES POUR SIMULER LA RUPTURE DE CE MATERIAU. LES MODELES, DITS DECOUPLES, NOUS ONT PERMIS DE REPRODUIRE LES EFFETS DE LA GEOMETRIE SUR LA TENACITE A L'AMORCAGE J#L#C. LE DEVELOPPEMENT DE MODELES, DITS SEMI-COUPLES, AVEC L'APPUI DES RESULTATS OBTENUS EN ANALYSE D'IMAGES PERMET DE DECRIRE LES EFFETS DE GEOMETRIE ET D'ECHELLE POUR DES STRUCTURES NON FISSUREES. LA REPRESENTATION DE L'ENSEMBLE DES OBSERVATIONS EXPERIMENTALES (EFFET DE LA GEOMETRIE SUR LES COURBES J-A, EFFET D'ECHELLE) A ETE POSSIBLE GRACE AUX MODELES COUPLES (POTENTIELS DE GURSON ET DE ROUSSELIER). UNE COMPARAISON ENTRE L'APPROCHE LOCALE ET L'APPROCHE GLOBALE A DEUX PARAMETRES A ETE EGALEMENT ABORDEE.
Author: Vincent Le Corre Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 350
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L’étude porte sur le comportement à rupture des structures minces soudées dans le domaine de transition fragile/ductile. Elle a pour objectif de proposer un critère permettant de définir les conditions pour lesquelles le risque de rupture par clivage reste nul sur une structure fissurée. L’étude bibliographique montre que les difficultés de la prédiction du comportement à rupture d’une structure sont dues au fait que la probabilité de rupture dépend des champs mécaniques en pointe de fissure. Le domaine de transition fragile/ductile dépend donc de la géométrie étudiée. Une contrainte seuil, en-dessous de laquelle le clivage ne peut avoir lieu, est définie à partir d’essais sur éprouvettes entaillées rompues à très basse température. L’analyse numérique par éléments finis d’essais de rupture sur éprouvettes CT dans le domaine de transition fait apparaître une relation linéaire entre la probabilité de rupture et le volume de matière ayant dépassé la contrainte seuil, montrant ainsi la pertinence du critère proposé. De plus, plusieurs relations simplifiant l’identification des paramètres du critère sont établies. Le critère est appliqué à un acier C-Mn de construction nucléaire, en s’intéressant plus particulièrement à la limite supérieure du domaine de transition. Un essai de rupture sur un tube aux dimensions d’utilisation est conçu, développé, réalisé et interprété grâce à une simulation numérique. Les résultats montrent premièrement qu’il existe sur la structure un décalage important du domaine de transition, dû au faible confinement de plasticité rencontré dans les structures minces, deuxièmement que le critère en contrainte seuil permet d’estimer simplement ce décalage.
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Ce travail est une contribution à l'analyse du comportement à l'endommagement des matériaux ductiles. L'endommagement ductile désigne le processus de dégradation progressive des propriétés physiques et mécaniques d'un matériau lorsqu'il subit, sous l'effet d'un chargement et avant rupture, une déformation plastique importante à température ambiante ou peu élevée. L'objectif de ce travail est de déterminer un critère de propagation de fissures pour simuler la déchirure des matériaux ductiles en se basant sur les modèles d'endommagements locaux. Nous avons mené une campagne expérimentale sur 3 matériaux structurellement très différents: un acier 12NC6, un aluminium 2024T351 et un polymère PA66. Le modèle de croissance des cavités Rice-Tracey s'est révélé très limité à décrire la rupture des matériaux testés, nous avons alors proposé une modification de ce modèle en l'enrichissant de paramètres micromécaniques permettant de prendre en compte l'effet de la croissance et des interactions entre les cavités. Le modèle proposé a été implanté dans un code de calcul par éléments finis pour simuler l'amorçage d'une fissure et sa propagation au cours du chargement. Nous avons validé ce modèle analytique à l'aide des résultats expérimentaux des trois matériaux. Les résultats numériques obtenus en termes de courbes R et «charge-déplacement» comparés aux résultats expérimentaux ont permis de valider le modèle sur les trois matériaux étudiés.
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ETUDE PAR DES CRITERES LOCAUX DES EFFETS DE LA TEMPERATURE SUR LES MECANISMES DE RUPTURE DUCTILE DANS DES EPROUVETTES COMPACTES SOUMISES A DES ESSAIS DE RESISTANCE A LA DECHIRURE ET A DES ESSAIS DE DUCTILITE ENTRE 100 ET 450C. CES CRITERES LOCAUX CHERCHENT A DECRIRE L'EFFET DES CONDITIONS MECANIQUES LOCALES (CONTRAINTE-DEFORMATION) SUR LES MECANISMES DE RUPTURE. APPLICATION DE CETTE APPROCHE A L'ETUDE DE LA TRANSITION DUCTILE-FRAGILE SUR DES EPROUVETTES PREFISSUREES EN FATIGUE SOUMISES A DES ESSAIS ENTRE -196C ET -20C. DETERMINATION DES GRANDEURS CARACTERISTIQUES (CONTRAINTE WEIBRIL) PAR METHODE DES ELEMENTS FINIS. INTERPRETATION DES RESULTATS
Author: Christian C.. Roth Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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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.
Author: Joël Wilsius
Author: Joël Wilsius
Author: Regis Blondeau
Author: Ahmade Al Rassis
Author: JOEL.. DELMOTTE
Author: Anita Simatos
Author: LAURENT.. BAUVINEAU
Author: Vincent Le Corre
Author: Rym Taktak
Author: ELISABETH.. HAIOUN AMAR
Author: Christian C.. Roth