Experimental and numerical investigation of ductile fracture initiation at low, intermediate and high strain rates PDF Download

Author: Christian C.. Roth
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Book Description
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.