Dissertations / Theses on the topic 'Chargement thermomécanique'
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Merhy, Elias. "Propagation de fissure sous chargement thermomécanique cyclique anisotherme." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00658854.
Abstract:
Le but du travail est de trouver, dans le domaine de fatigue oligocyclique, une loi de propagation de fissure sous un chargement thermomécanique anisotherme. La loi trouvée permet ainsi d'avoir un dimensionnement optimal des culasses des moteurs HDI PSA dont le matériau constitutif est l'AS7G03 "dopé" cuivre. Le travail réalisé durant les trois années de thèse se résume par les cinq étapes suivantes : - Etude bibliographique : sur la microstructure des alliages d'aluminium, les critères de fatigue et les lois de propagation de fissure. - Calcul numérique de structure : Des calculs des champs thermomécanique ont été réalisés sur la structure afin de mettre en évidence les zones critiques des culasses et de déterminer la nature et les amplitudes des chargements dans la zone qui nous intéresse. - Caractérisation expérimentale de la propagation de la fissure : Plusieurs campagnes d'essais de fissuration isotherme et anisotherme à rapport de charge positif et négatif ont été menées sur des éprouvettes CT16 et des éprouvettes SEN. Egalement, des observations microstructurales (faciès de rupture, trajet de fissuration, plans de glissements, endommagements locaux dans les zones eutectiques, ...) ont été réalisées. - Loi de propagation de fissure : En se basant sur les résultats numériques et expérimentaux, une nouvelle loi de propagation de fissure a été développée et validée. - Implémentation du modèle formel dans le logiciel de calcul et réalisation des calculs et des essais en condition anisotherme afin de valider le modèle.
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Toitot, Denis. "Vieillissement sous chargement thermomécanique d'un matériau composite à matrice métallique." Paris, ENMP, 1991. http://www.theses.fr/1991ENMP0310.
Abstract:
Les materiaux composites a matrice metallique, lorsqu'ils sont soumis a des chargements thermo-mecaniques cycliques, sont sujets a des deformations progressives et irreversibles egalement connues sous le nom de rochet thermique. Des essais mecaniques, conduits sur un dilatometre, ont permis de caracteriser ce phenomene au cours du cyclage thermique sous charge d'un alliage d'aluminium (6061) renforce par des trichites de carbure de silicium. Apres avoir degage differentes phases dans le comportement du materiau sous cyclage thermique, nous proposerons, au cours de cette soutenance, differents mecanismes susceptibles d'expliquer ce comportement au travers d'approches physiques mecaniques et microstructurales. En illustrant certains d'entre eux par le modele d'eshelby, nous chercherons notamment a comprendre comment une microstructure composite mariant deux constituants aux proprietes mecaniques tres differents reagit a des sollicitations thermo-mecaniques diverses
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Belmahjoub, Faycal. "Comportement thermomécanique de matériaux métalliques sous divers trajets de chargement uniaxe." Montpellier 2, 1990. http://www.theses.fr/1990MON20153.
Abstract:
On cherche a etudier les phenomenes de couplage thermomecanique intervenant lors de processus quasi statiques de deformations des materiaux metalliques. Pour ce faire, un dispositif de thermographie infra-rouge a ete developpe. Il permet d'evaluer la chaleur degagee par les echantillons en cours d'essai et d'etablir le bilan energetique experimental. Par ailleurs, la donnee des courbes d'ecrouissage permet de developper des modeles thermomecaniques issus de la theorie des materiaux standards generalises. Les previsions energetiques de ces modeles seront confrontees aux bilans experimentaux
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Philip, Olivier. "Structure métallique sous un chargement thermomécanique cyclique : Interaction Déformation Progressive - Fluage." Lyon, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAL0021.
Abstract:
Ce travail concerne l'étude du comportement d'une structure métallique sous un chargement thermomécanique cyclique en présence de fluage. Sous ce type de chargement, la structure peut tendre vers trois états asymptotiques : l'adaptation, l'accommodation ou le rochet. La sécurité des ouvrages impose au concepteur de s'assurer que les déformations irréversibles restent limitées et se stabilisent après quelques cycles de chargement. Pour ce faire, le concepteur peut avoir recours soit à une approche expérimentale, soit à une approche numérique incrémentale, soit à des méthodes simplifiées. A partir d'essais de déformation progressive avec fluage sur la maquette "bitube" et une caractérisation complète du matériau, nous testons l'aptitude de différentes modélisations viscoplastiques à reproduire le comportement réel de la structure. Puis nous réalisons une validation de quelques méthodes simplifiées et analysons leur capacité à intégrer le fluageThis work concerns the study of a metallic structure behaviour under a cyclic thermomechanical loading in presence of creep. Under this kind of loading, the structure may take three steady states elastic shakedown, plastic shakedown or ratchet. The security of the workmanship prescribes the conceptor to ensure that irreversible distortions remain limited as well as result stabilized after some loading cycles. For that, the conceptor may recourse either to an experimental method or to an incremental numerical approach or to simplified methods. Starting from trials of gradual distortions with creep on the model “BITUBE” and a complete characterization of the material, we test the aptitude of various viscoplastic modelisations to reproduce the actual behaviour of the structure. Then we carry out a validation of some simplified methods and we analyze their ability to integrate the creep
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Michaud, Franck. "Rhéologie de panneaux composites bois/thermoplastiques sous chargement thermomécanique : aptitude au postformage." Thesis, Université Laval, 2003. http://www.theses.ulaval.ca/2003/21360/21360.pdf.
Abstract:
Ce travail est une étude exploratoire sur la possibilité de réaliser un composite bois polymère ou WPC, rencontrant certaines exigences, notamment la post-thermoformabilité. Nous avons élaboré un panneau composite fibre de bois/thermodurcissable/thermoplastique dans la logique d’un « éco-matériau ». Ce matériau innovant est destiné à un usage structurel ou décoratif. Il est fabriqué selon un procédé de pressage à chaud d’un matelas fibreux. La problématique de l’incompatibilité d’interface entre le bois et le thermoplastique, récurrente pour bon nombre de WPC, a été résolue grâce au développement d’une technique originale d’amélioration de l’adhésion par enrobage. Les améliorations ont permis d’obtenir des caractéristiques physico-mécaniques semblables aux panneaux de densité moyenne. La composante thermoplastique nous a permis d’octroyer une aptitude de post-thermoformabilité à ce matériau. L’analyse détaillée de la composition des panneaux WPC, de leurs propriétés à différentes températures, ainsi qu’un travail de modélisation expliquent, en partie, le comportement complexe de ce nouveau WPC.This project deals with a new type of Wood Polymer Composite (WPC) able to be post moulded. Based on wood industry processing we developed different wood/adhesive/thermoplastic fibreboards. This exploratory work leads to an innovative WPC fibreboard dedicated to structural or decorative use. In order to reach sufficient mechanical properties we managed to improve the cohesion properties. In fact, weak interfacial adhesion is a recurrent problem of all Wood/Thermoplastic products. An original coating process of MAPP onto PP fibres gave great interfacial adhesion enhancement and mechanical properties similar to MDF panels. The post thermoforming ability was measured with an original thermoforming test. These investigations, through characterisation and modelling, allowed us to determine the role of different factors and their interactions. Our post mouldable composite WPC fibreboards are porous and made-up of a fibre network which showed a complex rheological behaviour. Morphology, concentration, distribution of each components and surface interactions between them explain this behaviour.
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Michaud, Franck, and Franck Michaud. "Rhéologie de panneaux composites bois/thermoplastiques sous chargement thermomécanique : aptitude au postformage." Doctoral thesis, Université Laval, 2003. http://hdl.handle.net/20.500.11794/17863.
Abstract:
Ce travail est une étude exploratoire sur la possibilité de réaliser un composite bois polymère ou WPC, rencontrant certaines exigences, notamment la post-thermoformabilité. Nous avons élaboré un panneau composite fibre de bois/thermodurcissable/thermoplastique dans la logique d’un « éco-matériau ». Ce matériau innovant est destiné à un usage structurel ou décoratif. Il est fabriqué selon un procédé de pressage à chaud d’un matelas fibreux. La problématique de l’incompatibilité d’interface entre le bois et le thermoplastique, récurrente pour bon nombre de WPC, a été résolue grâce au développement d’une technique originale d’amélioration de l’adhésion par enrobage. Les améliorations ont permis d’obtenir des caractéristiques physico-mécaniques semblables aux panneaux de densité moyenne. La composante thermoplastique nous a permis d’octroyer une aptitude de post-thermoformabilité à ce matériau. L’analyse détaillée de la composition des panneaux WPC, de leurs propriétés à différentes températures, ainsi qu’un travail de modélisation expliquent, en partie, le comportement complexe de ce nouveau WPC.Ce travail est une étude exploratoire sur la possibilité de réaliser un composite bois polymère ou WPC, rencontrant certaines exigences, notamment la post-thermoformabilité. Nous avons élaboré un panneau composite fibre de bois/thermodurcissable/thermoplastique dans la logique d’un « éco-matériau ». Ce matériau innovant est destiné à un usage structurel ou décoratif. Il est fabriqué selon un procédé de pressage à chaud d’un matelas fibreux. La problématique de l’incompatibilité d’interface entre le bois et le thermoplastique, récurrente pour bon nombre de WPC, a été résolue grâce au développement d’une technique originale d’amélioration de l’adhésion par enrobage. Les améliorations ont permis d’obtenir des caractéristiques physico-mécaniques semblables aux panneaux de densité moyenne. La composante thermoplastique nous a permis d’octroyer une aptitude de post-thermoformabilité à ce matériau. L’analyse détaillée de la composition des panneaux WPC, de leurs propriétés à différentes températures, ainsi qu’un travail de modélisation expliquent, en partie, le comportement complexe de ce nouveau WPC.
This project deals with a new type of Wood Polymer Composite (WPC) able to be post moulded. Based on wood industry processing we developed different wood/adhesive/thermoplastic fibreboards. This exploratory work leads to an innovative WPC fibreboard dedicated to structural or decorative use. In order to reach sufficient mechanical properties we managed to improve the cohesion properties. In fact, weak interfacial adhesion is a recurrent problem of all Wood/Thermoplastic products. An original coating process of MAPP onto PP fibres gave great interfacial adhesion enhancement and mechanical properties similar to MDF panels. The post thermoforming ability was measured with an original thermoforming test. These investigations, through characterisation and modelling, allowed us to determine the role of different factors and their interactions. Our post mouldable composite WPC fibreboards are porous and made-up of a fibre network which showed a complex rheological behaviour. Morphology, concentration, distribution of each components and surface interactions between them explain this behaviour.
This project deals with a new type of Wood Polymer Composite (WPC) able to be post moulded. Based on wood industry processing we developed different wood/adhesive/thermoplastic fibreboards. This exploratory work leads to an innovative WPC fibreboard dedicated to structural or decorative use. In order to reach sufficient mechanical properties we managed to improve the cohesion properties. In fact, weak interfacial adhesion is a recurrent problem of all Wood/Thermoplastic products. An original coating process of MAPP onto PP fibres gave great interfacial adhesion enhancement and mechanical properties similar to MDF panels. The post thermoforming ability was measured with an original thermoforming test. These investigations, through characterisation and modelling, allowed us to determine the role of different factors and their interactions. Our post mouldable composite WPC fibreboards are porous and made-up of a fibre network which showed a complex rheological behaviour. Morphology, concentration, distribution of each components and surface interactions between them explain this behaviour.
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Michaud, Franck. "Rhéologie de panneaux composite bois/thermoplastiques sous chargement thermomécanique : aptitude au postformage." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR16010.
Abstract:
Ce travail est une étude exploratoire sur la possibilité de réaliser un composite bois polymère ou WPC, rencontrant certaines exigences, notamment la post-thermoformabilité. Nous avons élaboré un panneau composite fibre de bois/thermodurcissable/thermoplastique dans la logique d'un " éco-matériau ". Ce matériau innovant est destiné à un usage structurel ou décoratif. Il est fabriqué selon un procédé de pressage à chaud d'un matelas fibreux. La problématique de l'incompatibilité d'interface entre le bois et le thermoplastique, récurrente pour bon nombre de WPC, a été résolue grâce au développement d'une technique originale d'amélioration de l'adhésion par enrobage. Les améliorations ont permis d'obtenir des caractéristiques physico-mécaniques semblables aux panneaux de densité moyenne. La composante thermoplastique nous a permis d'octroyer une aptitude de post-thermoformabilité à ce matériau. L'analyse détaillée de la composition des panneaux WPC, de leurs propriétés à différentes températures, ainsi qu'un travail de modélisation expliquent, en partie, le comportement complexe de ce nouveau WPCThis project deals with a new type of Wood Polymer Composite (WPC) able to be post moulded. Based on wood industry processing we developed different wood/adhesive/thermoplastic fibreboards. This exploratory work leads to an innovative WPC fibreboard dedicated to structural or decorative use. In order to reach sufficient mechanical properties we managed to improve the cohesion properties. In fact, weak interfacial adhesion is a recurrent problem of all Wood/Thermoplastic products. An original coating process of MAPP onto PP fibres gave great interfacial adhesion enhancement and mechanical properties similar to MDF panels. The post thermoforming ability was measured with an original thermoforming test. These investigations, through characterisation and modelling, allowed us to determine the role of different factors and their interactions. Our post mouldable composite WPC fibreboards are porous and made-up of a fibre network which showed a complex rheological behaviour. Morphology, concentration, distribution of each components and surface interactions between them explain this behaviour
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Moncel, Laurence. "Etude des mécanismes d'endommagement d'un assemblage cuivre/composite carbone-carbone sous chargement thermomécanique." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10558.
Abstract:
L'objectif de cette these est de comprendre et d'identifier les mecanismes d'endommagement d'un assemblage composite carbone - carbone / cuivre sous chargement thermomecanique. L'etude du composite a permis l'elaboration de modeles de comportement non-lineaires. Ceux-ci ont ete implantes dans le code de calcul par elements finis castem2000. Ils ont ete valides lors d'une correlation avec des essais mecaniques realises sur des eprouvettes multi-materiaux. Ces essais ont egalement permis de mieux comprendre le comportement de la liaison composite / cuivre (modes d'endommagement et de rupture a plusieurs temperatures) sous sollicitation de traction et de cisaillement. Lors d'analyses d'essais de cyclage thermique par observations microscopiques, les mecanismes d'endommagement de l'assemblage sous chargement thermomecanique ont ete etudies et identifies. Ils se caracterisent par l'apparition de fissures macroscopiques au sein du composite, proches de l'interface avec le cuivre. La qualite de la correlation essais / simulation a progresse grace a la prise en compte des contraintes residuelles de fabrication, l'amelioration de la modelisation des materiaux en jeu et les resultats des essais mecaniques (caracterisation de la liaison composite / cuivre).
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Sbitti, Amine. "Propagation des fissures 2D et 3D planes sous chargement thermomécanique à amplitudes variables." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066686.
Abstract:
Le travail de cette thèse porte sur la modélisation numérique de la propagation et l'arrêt de fissures 2D et 3D en fatigue thermique dans les circuits de refroidissement des réacteurs à l’arrêt (RRA) des centrales nucléaires. Plusieurs points sont abordés dans ce travail, tout d’abord nous avons mis au point dans le code éléments finis Code_Aster une stratégie afin de pouvoir simuler automatiquement la propagation et l’arrêt d’une fissure unique ou d’un réseau de fissures tridimensionnelles, sous chargement thermomécanique à amplitude et fréquence variables. Nous avons étudié également l’arrêt d’une fissure 2D et 3D (semi – elliptique) dans un tube de même géométrie que les circuits RRA et soumis à un chargement thermique sinusoïdal, l’objectif est de déterminer les paramètres du chargement thermique avec lesquels la fissure s’arrête. L’influence du réseau sur l’arrêt des fissures dans le cas 3D est aussi traitée, des simulations tridimensionnelles ont permis d'obtenir des informations sur la progression des fronts dans l'épaisseur. On propose ici de traiter la propagation et la coalescence par des modèles de forces cohésives. La dernière partie de ce travail traite le décollement d’un film mince sous chargement cyclique. En adoptant l’approche variationnlle de la fatigue, nous proposons d’étendre la construction des lois de fatigue limite pour des chargements cycliques d’amplitudes variables. On s’intéresse essentiellement à la propagation de fissure en mode I
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Pommier, Benjamin. "Détermination de la réponse asymptotique d'une structure anélastique soumise à un chargement thermomécanique cyclique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2003. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004229.
Abstract:
Dans le cadre du dimensionnement à la fatigue thermomécanique des culasses automobiles, nous proposons une méthode de simulation des structures soumises à des chargements cycliques. Cette méthode, alternative aux méthodes classiques (comme la méthode incrémentale) permet de résoudre des problèmes thermomécaniques cycliques non-linéaires. Il s'agit d'une Méthode Cyclique Directe qui consiste à rechercher directement la solution asymptotique d'une structure anélastique soumise à un chargement thermomécanique périodique, sans suivre l'histoire du chargement. Elle est fondée sur les techniques de grand incrément de temps [Ladevèze et al.], en prenant en compte la périodicité de l'état limite [Nguyen et al.] et la transformation de Fourier. Cette méthode permet des gains de temps importants pour les structures comprenant un grand nombre de degrés de liberté. Un développement de cette méthode dans une version commerciale d'Abaqus, a permis de montrer la faisabilité de cette approche dans le cas de la simulation d'une culasse.
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Taleb, Lakhdar. "Structure métallique sous un chargement thermomécanique cyclique : Effet des surcharges mécaniques de courte durée." Lyon, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAL0038.
Abstract:
Une structure métallique soumise à un chargement thermomécanique cyclique est testée et analysée vis-à-vis de la déformation progressive. L'effet des surcharge mécaniques de courte durée sur l'état limite est particulièrement examiné. A partir des résultats obtenus expérimentalement, l'expression d1 un coefficient permettant la prise en compte de l'effet de surcharges accidentelles est proposée dans le but d'améliorer l'application d1 une règle de conception. La confrontation des résultats numérique et expérimentaux apporte une contribution pour la validation des modèles de comportement du matériau. En outre des conclusions intéressantes concernant les performances de certaines méthodes simplifiées de prévision de la déformation progressive sont tiréesA metallic structure submitted to a thermomechanical cyclic loading is tested and analysed about ratcheting. The effect of a short time mechanical overloads is particularly examined. From the test results a corrective factor is proposed. This factor allows to take into account the effect of temporary mechanical overloads in the aim of improving the application of a conception rule. The comparison of numerical and experimental results contributes to the validation if the models materials behaviour. In addition, interesting conclusions are given bout the performances of simplified methods of the progressive deformation expectation
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Laribi, Mohamed Amine. "Caractérisation et Modélisation du comportement micromécanique des matériaux composites SMC sous chargement thermomécanique de type quasi-statique et fatigue." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0062/document.
Abstract:
L’utilisation des matières composites est fortement conditionnée par la capacité du constructeur ou du sous-traitant à dimensionner les structures automobiles sous divers types de chargements complexes tel que la fatigue. Le présent travail de thèse a pour objectif de développer un outil de modélisation par transition d’échelles couplée à une approche phénoménologique afin d’apporter une réponse à un besoin de maîtrise du dimensionnement de pièce de structure en composite SMC (polyester chargé en fibres de verre) soumis à des sollicitations de type fatigue sous différents niveaux de température 23°C, 80°C et -30°C. Pour ce faire, le travail a été mené selon deux axes principaux. En premier lieu, une investigation expérimentale sous chargement monotone et fatigue. Les résultats de l’analyse expérimentale de l’endommagement du matériau a permis d’accéder aux données nécessaires à la construction d’un modèle micromécanique constituant la base des approches prédictives de la durée de vie des SMC sous chargements cycliques constituant la seconde phase de travail. Ainsi, deux approches de modélisations hybrides phénoménologiques/micromécaniques ont été proposées. Elles sont toutes les deux basées sur une modélisation micromécanique qui permet de traduire le comportement mécanique du matériau d’étude sous chargement monotone avec prise en compte de la microstructure et de l’endommagement. Ces deux approches prédictives ne nécessitent qu’un nombre limité d’essais et d’investigations expérimentales mais restent bien fiables et pertinentes dans leurs capacités de prédire la durée de vie d’un matériau composite SMC sous chargement en fatigue. L’approche est validée dans le cas de chargements thermomécaniques séquentiels à température ou amplitude variableThe composite materials are strongly conditioned by the ability of the company to design the automotive structures under various complexes loadings such as fatigue. The aim of this thesis is to develop a multi-scale modeling coupled to a phenomenological approach in order to provide a response to the dimensioning need of structural parts subjected to cyclic loading at different temperatures of 23°C, 80°C and -30°C. By this way, the work was conducted along two main lines; firstly, an experimental investigation under monotonic and fatigue loadings. The results of this experimental study provide the necessary data for the construction of a micromechanical model which constitute the basis of the second part of this work; the predictive approaches of the fatigue lifetime for SMC composite. Thus, two hybrid, phenomenological/micromechanical, modeling approaches have been proposed. Both are based on a micromechanical modeling that allows describing the mechanical behavior of our material under monotonic loading, taking into account the microstructure and the damage phenomenon. These two predictive models require only a limited number of experimental tests and investigations but remain very reliable in their capacity to predict the lifetime of an SMC composite material under fatigue loading. The approach is validated in the case of thermomechanical sequential loadings at variable temperatures or amplitudes
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Wang, Yanjun. "Fatigue Thermique à grand nombre de cycles d’un acier inoxydable austénitique : apport des mesures de champs pour l’identification du chargement et le suivi in-situ de l’endommagement." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN037/document.
Abstract:
Ce travail de thèse vise à étudier l'emdommagement induit par la fatigue thermique d'un acier inoxydable austénitique AISI 316L(N), qui est un matériau candidat pour construire les structures internes des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Des réseaux de fissures, aussi appelés "faeïençage thermique", ont été observés en surface des certains composants. L'origine de ce type d'endommagement provient de sollicitations themiques hétérogènes et répétées des parois des composants dans une zone où se mélange du sodium chaud et froid.L'étude de la fatigue thermique à grand nombre de cycles pose des difficultés expérimentales, notamment le maintien tout au long des cycles d'un chargement thermique d'amplitude constante ou encore, la mesure continue de ce chargement thermique et de ses effets en termes de déformation mécanique et d'endommagement dans la zone la plus fortement sollicitée. Une campagne d'essais est réalisée avec un dispositif expérimental original, la machine FLASH. Une procédure spéciale de corrélation multivue hybride qui combine une caméra infrarouge et deux caméras visibles est développée pour réaliser des mesures de champs thermomécaniques et aussi assurer le suivi in-situ de l'endommagement causé par les chocs thermiques produits par un laser de puissance.Les mesures expérimentales sont comparées avec des résultats de simulation thermomécanique. Le bon accord entre ces deux approches permet d'estimer la variation de déformation mécanique équivalente dans la zone la plus forte sollicitée. Une courbe de fatigue reliant le chargement équivalent au nombre de cycles à l'amorçage d'une fissure de 200um est alors construite à partir des résultats d'essais. La comparaison sur cette courbe entre les résultats de fatigue thermique FLASH et des essais de fatigue isothermes uniaxiaux standardisés est jugée satisfaisante (légèrement conservative). De plus, les analyses expérimentles des réseaux de fissures fournissent des informations utiles pour comprendre le mécanisme de multi-fissuration. Les paramètres morphologiques des fissures sont comparés avec les prédictions d'un modèle probabilisteThis PhD work is devoted to the study of thermal fatigue damage of AISI 316L(N) austenitic stainless steel, a candidate material to make the primary cooling system of Sodium-cooled Fast Reators (SFRs). Initiation and propagation of crack networks can be induced by locally constrained thermal expansions or contractions of the component surface subjected to repeated thermal shocks of turbulent coolants.A campaign of high cycle thermal fatigue tests on AISI 316L(N) austenitic stainless steel has been carried out with the FLASH facility. Full field measurements have been performed to capture thermomechanical fields of monitored surfaces in thermal fatigue tests. An original procedure based on hybrid multiview correlation (HMC) uses images acquired by two visible light cameras and one infrared camera. With such a system, Lagrangian temperature fields can be measured and experimental strain or displacement fields can be used to calibrate Finite Element analyses to reproduce the thermomechanical cyclic response of the material in the region of interest. One additional benefit of the spatiotemporal synchronization of the HMC system is that the entire fatigued region has been monitored in-situ during the whole test, without interruptions, which enables crack initiation and propagation to be tracked thanks to the different modalities of the three cameras
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Chatziathanasiou, Dimitrios. "Cyclic multiaxial behavior modeling of Shape Memory Alloys." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0015/document.
Abstract:
De nouvelles approches phénoménologiques sur la modélisation du comportement des AMFs sont nécessaires pour tenir en compte leur réponse complexe sous chargement multiaxial. L’effet de l’anisotropie induit une dépendance de leur comportement inélastique de la direction du chargement pour des cas superélastiques. La réorientation martensitique affecte drastiquement la réponse du matériau sous chargement non-proportionnel. La charge répétitive modifie aussi certaines propriétés du matériau. L’objectif de cette étude est de proposer un nouveau modèle constitutif thermodynamique robuste pour les AMFs, focalisé surtout sur des compositions NiTi équiatomiques pour capter la transformation martensitique anisotrope et la réorientation des variantes martensitiques. Une nouvelle approche mathématique est introduite pour permettre la prise en compte de l’anisotropie de contraintes et l’évolution des déformations inélastiques lors de la transformation directe, causée par les conditions de mise en forme de structures en AMFs. Cette méthode est évaluée en employant des courbes contraintes-déformations résultant de chargements proportionnels simulés par un modèle micromécanique. Un modèle phénoménologique considérant surtout la réorientation martensitique et mettant en évidence le fort couplage thermomécanique est développé. Il est implémenté dans une plate-forme numérique en C++, SMART+, et évalué en exécutant des simulations des expériences non-proportionnelles existantes. Des structures complexes sont également simulées en employant la Méthode des Élements Finis. La dernière partie de ce travail concerne l’étude expérimentale des effets du chargement cyclique sur l’évolution des déformations résiduelles et le seuil de transformation des alliages NiTi sous sollicitation uniaxiale et biaxialeNew phenomenological approaches in modeling the behavior of SMAs are needed to account for their complex response under multiaxial loading. The effect of anisotropy induces a dependence of their inelastic behavior to the direction of the loading for superelastic cases. Martensitic reorientation affects drastically material response under non-proportional loading. Repeated loading also alters certain material properties. The goal of this study is to propose a new robust thermodynamic constitutive model for SMAs with focus on equiatomic NiTi compositions to capture anisotropic martensitic transformation and reorientation of martensitic variants, always taking in mind the strong thermomechanical coupling. A new mathematical approach is introduced to account for the anisotropy of stresses and the evolution of inelastic strains during forward transformation caused by the forming conditions of SMA structures. This method is evaluated by utilizing stress-strain curves resulting from proportional loading simulated with a micromechanical model. A phenomenological thermodynamic model considering especially martensitic reorientation and exhibiting the strong thermomechanical coupling is developed. It is implemented on a numerical platform in C++, SMART, and evaluated by simulating existing non-proportional experiments. Complex structures are also simulated using Finite Element Analysis. The last part of this work concerns the experimental study of the effects of cyclic loading to the evolution of residual strain and transformation threshold of NiTi under uniaxial and biaxial testing
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Chang, Xuyang. "Mesure et modélisation multiéchelle du comportement thermomécanique des alliages à mémoire de forme sous sollicitation mécanique multiaxiale." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASN009.
Abstract:
Depuis leur découverte, les alliages à mémoire de forme (AMF) one connu un développement croissant de leur applications industrielles (e.g implants médicaux, aérospatial) en relation avec leur propriétés mécaniques remarquables(effet mémoire et pseudo-élasticité). La transformation martensitique est au coeur de ces propriétés, ce type de transformation couplés (les alliages à mémoire de forme magnétiques font figure d'exception puisque pour ces alliages, le chargement magnétique est une troisième source de transformation ; ils ne seront pas traités dans ce mémoire). Un des obstacles majeurs à une utilisation beaucoup plus générale de ces matériaux est un manque de modèle de comportement robuste. Il s'agit en effect de restituer un comportement non-linéaire généralement dissipative dans un cadre thermomécanique multiaxial. Les approaches multi-échelles, utilisant un jeu de variables internes et de potentiels écrits à une échelle appropriée, peuvent permettre de relever ce défi, avec bien entendu une mise en place d'outil de localisation et d'homogénisation appropriés. Le modèle développé pendant ce travail de thèse, par une approche stochastique du calcul des fractions de variantes du milieu (l'approche peut s'appliquer à n'importe quel AMF), permet une généralisation du modèle multi-échelle réversible développé dans la thèse de Anne Maynadier (2012) dans un cadre irréversible. Une campagne d'essais expérimentaux a été réalisé en parallèle avec du development du modèle, permettant d'en identifier les paramètres intrinsèques et de le valider via un certain nombre de simulations numériques. Le matériaux retenu est un NiTi équiatomique traité pour être pseudo-élastique. Dans ce cadre , un banc d'éssai in-situ et une procédure d'identification totalement novatrice ont été développés : le bands d'éssai permet de combiner simultanément les mesures du champ cinématique par corrélation d'images numériques (CIN) et de champ de phase par diffraction des rayons X(DRX). Le tout au cours d'un essai de traction uniaxial, puis lors d'essais multiaxiaux proportionnels et non-proportionnels. Le champ cinématique permet d'avoir une description continue du phénomène de localisation en bandes de transformation; la mise en place d'une procédure de décomposition en modes propres spatio-angulaires (POD) a permis une identification robuste des champs de phases cohérente avec le champ cinématique, et mettent en évidence des phénomènes robuste d'interface et de sélection de variantes jusqu'icic jamais reportés dans le literature. Cette comparison multi-champs permet d'avoir une meilleure compréhension du phénomène de localisation en bandes et suggère une piste potentielle de développement d'un modèle de structure pertinentSince their discovery, shape memory alloys (SMA) have experienced an increasing development of their industrial application (e.g medical implants, aerospace) in relation to their remarkable mechanical properties (memory effect and pseudo-elasticity). The martensitic transformation is at the heart of these properties, this type of transformation being able to be induced by a thermal loading, mechanical loading, pr a coupled thermomechanical loading (magnetic shape memory alloys are exceptions since for these alloys the magnetic loading is a third source of transformation: they will not be treated in this work). One of the major obstacles to a much more general use of these materials is a lack of robust constitutive model. Indeed, the behavior that is expected is a non-linear and generally dissipative behavior in a thermomechanical multiaxial framework. Multiscale approaches, using a set o f internal variables and potentials written at an appropriate scale can meet this challenge, with of course, the implementation of appropriate localisation and homogenization procedures. The model developed in this thesis, with a stochastic approach for the computation of the variants volume fractions (this approach can be applied to any SMA), allows a generalization of the reversible multi-scale model developed in the PhD of Anne Maynadier (2012) to an irreversible framework. An experimental test campaign was carried out in parallel with the development of the model, making it possible to identify ins intrinsic parameters and to validate it via a large number of numerical simulations. The material retained is a pseudo-elastic equiatomic NiTi. In this context, an in-situ test bench and a completely innovative identification procedure have been developed. the test bench makes it possible to combine the kinematic field measurements by digital images correlation (DIC) and phase field measurement by X-ray diffraction (XRD) simultaneously, during a uniaxial tensile test first, then during proportional and non proportional multiaxial loading tests. The kinematic field allows a continuous description of the localization phenomenon in transformation bands to be obtained; the implementation of a spatial-angular proper order decomposition (POD) method allows a robust identification of the coherent phase field with the kinematic field, and highlights interfaces and variant selection phenomena until now never reported in the literature. This multi-field comparison provides a better understanding of the band localisation phenomenon and suggest a potential track for developing a relevant structure model
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Otin, Stéphane. "Lois d'endommagement incrémentales isotrope/anisotropes pour applications thermomécaniques complexes." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00341830.
Abstract:
Les lois d'endommagement incrémentales présentent de nombreux avantages en terme de modélisation thermomécanique. S'affranchissant de la notion de cycle en fatigue, elles s'appliquent naturellement aux chargements complexes, anisothermes. Des extensions à l'anisotropie du modèle d'endommagement isotrope de Lemaitre sont proposées et identifiées sur le Haynesl88, superalliage à base cobalt utilisé pour la réalisation de chambres de combustion de turbomachines, permettant de déterminer les conditions d'amorçage de fissure par la méthode des éléments finis. Le cas des hautes températures est traité via un couplage viscoplasticité/endommagement dans le cadre de la thermodynamique des matériaux solides. Le seuil d'endommagement en énergie stockée et l'extension du modèle aux conditions unilatérales de refermeture des micro défauts sont présentés. Différents schémas numériques de résolution sont proposés, dans le cas de calculs couplés, ou de post traitements de calculs 3D viscoplastiques sans endommagement. Des applications anisothermes sont simulées: fluage à température variable, chargements biaxiaux, non proportionnels, aléatoires... Les apports de l'anisotropie de l'endommagement et des conditions unilatérales de refermeture des microdéfauts sont étudiés. Enfin, la robustesse du modèle est testée sur un essai original de fatigue thermique structural sur éprouvette multiperforée, reproduisant les sollicitations subies par une pièce réelle. La corrélation entre résultats numériques et expérimentaux en terme de comportement et de durée de vie permet la validation de la méthodologie d'identification et d'utilisation du modèle incrémental, en vue de son industrialisation.
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Nsangou, Kihoulou Etienne. "Approche du comportement d'une structure métallique sous chargements thermomécaniques variables." Lyon, INSA, 1990. http://www.theses.fr/1990ISAL0065.
Abstract:
L'étude concerne le comportement d'une structure métallique sous chargements thermomécaniques variables. Ce type de chargement peut conduire la structure à l'adaptation l'accommodation ou engendrer des déformations progressives· Un dispositif expérimental original permet de tester des coques cylindriques minces, par un effort de traction et un gradient axial de température cyclique (température maximale 450° C, soit à un gradient axial maximal de température de 540° C/cm). Des surcharges primaires mécaniques et secondaires thermiques sont appliquées après obtention de chaque état "stabilisé » de la structure. Un dispositif de mesures adapté aux conditions thermiques sévères permet d'obtenir un grand nombre d'informations tel le champ de déplacement ment sur la partie la plus sollicitée de la structure conservant l'hypothèse d'axi-symétrie de la réponse, Ce qui permet non seulement d'analyser le comportement global mais aussi local de la structure. Des calculs numériques avec le code INCA (CEA) sont réalisés (modèle Chaboche). Une compréhension complète du comportement thermoélastoplastique global de la structure est faite en comparant les résultats des calculs numériques à ceux de l'expérience, pour les premiers cycles. Une analyse aux états "stabilisés" de la structure est effectuée localement : - en appliquant une solution analytique, - en appliquant la règle d'efficacité en vigueur (RCCMR Juin 1985), et est confrontée aux résultats des essais[This study concerns metallic structures under variable thermo-mechanical loadings. Such loadings could result in adaptation, accommodation or even give rise to progressive strains in the structure. An original experimental device is used to test thin cylindrical shells by applying a tensile force and a cyclic axial temperature gradient (maximum temperature of 450?c,. I. E. A maximum axial gradient of 540°c/cm). Primary mechanical _and secondary thermal overloads are applied after the structure attains a « stabilized » state. An apparatus adapted to severe thermal conditions is used to obtain informations such as the displacement field in the most loaded area of the structure while assuming axi-symetric strain. An analysis of the global and local behaviour of the structure were therefore carried out. A numerics analysis based on the INCA(CEA) code was carried out (Chaboche's model). A complete understanding of the global thermo-elastoplastic behaviour of the structure is acquired by comparing the results of the. Numerical analysis to those of the tests, for the initial cycles. An analysis of the "stabilized'' states is carried out locally by applying: - an analytical solution, - the current efficiency rule (RCCMR Juin 1985), and is then compared to the test results. ]
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Hazar, Selçuk. "Theoretical and numerical analysis of fracture of shape memory alloys." Palaiseau, École nationale supérieure de techniques avancées, 2014. https://theses.hal.science/tel-01116284/document.
Abstract:
L'objectif de cette thèse est l'analyse théorique et numérique de la rupture des matériaux à mémoire de forme (MMF). Tout d'abord, la taille de la zone martensitique à la pointe d’une fissure dans une plaque en MMF est calculée analytiquement en utilisant la fonction de transformation proposée par Zaki et Moumni (ZM) (Zaki et Moumni, J. Mech. Phys. Sol, 2007) ainsi que l’expression asymptotique des contraintes. La zone de transformation est également calculée, toujours avec le modèle ZM, par éléments finis (EF) à l’aide du logiciel Abaqus via une loi d’écoulement matériau (UMAT). Les régions de transformation calculées analytiquement et numériquement sont comparées aux résultats expérimentaux disponibles dans la littérature (Robertson et al. Acta Mater. , 2007). Les comparaisons montrent une très bonne corrélation. Dans un deuxième temps, les paramètres de rupture tels que les facteurs d'intensité des contraintes (FIC), l'intégrale-J, le taux de restitution d'énergie et le taux d’ouverture de la fissure sont évalués. L'objectif est de comprendre l'effet de la transformation de phase sur le comportement à la rupture d’une plaque en MMF sollicitée en mode I. L’analyse est réalisée numériquement à l’aide de la méthode des EF. Pour ce faire, Abaqus est utilisé d’une part avec le modèle ZM, via une UMAT utilisateur, et d’autre part à l’aide du modèle d’Auricchio (Auricchio et. Al. , Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. , 1997). Contrairement aux matériaux classiques, le calcul montre que l'intégrale-J, dans les MMF, dépend du contour du fait de la non-homogénéité de la région autour de la pointe de la fissure. Par conséquent, les FIC sont calculés directement à partir du taux de restitution d’énergie et sont comparés aux FIC calculés en utilisant le champ de déplacement à la pointe de la fissure. Troisièmement, la propagation d’une fissure en Mode I dans une plaque en MMF en régime stationnaire est analysée à l’aide d’une méthode non-locale. L’algorithme numérique ainsi défini est implémenté dans Abaqus en utilisant le modèle ZM au moyen d'une UMAT. Dans le but d’analyser l'effet de la transformation sur la répartition des contraintes en fond de la fissure, le mouvement permanent de la fissure est simulé avec puis sans prise en compte de la transformation de phase inverse. Ensuite, l'effet de la réorientation de la martensite au voisinage de la fissure due au chargement non-proportionnel est étudié. Enfin, la répartition des contraintes et la zone de transformation de phase sont comparées aux résultats obtenus dans le cas d'une fissure statique. Dans tous les cas, la zone de la transformation de phase est calculée analytiquement au voisinage de la pointe de la fissure d’une plaque en MMF sollicitée en Mode III. Tout d’abord, la méthode analytique développée par Moumni (Ziad Moumni, thèse de doctorat, École Nationale des Ponts et Chaussées, 1995) et dans laquelle le modèle du matériau est construit dans le cadre des matériaux standards généralisés avec des liaisons internes (Moumni et al. Int. J. Plasticité, 2008), est revisitée. En utilisant la méthode d’hodographe connue en mécanique des fluides, le système d’équation aux dérivées partielles non-linéaires est transformé en un problème aux limites linéaire dans le plan d’hodographe. Ceci permet de calculer analytiquement les zones de transformation de phase au voisinage de la fissure. Ensuite, le modèle proposé dans Moumni 1995 est amélioré par la prise en compte du couplage thermomécanique. Par conséquent, l’effet du couplage thermomécanique sur les zones de transformation ainsi que l’augmentation de la température à la pointe de la fissure due à la génération de chaleur latente sont mis en évidenceTheoretical and numerical analysis of fracture of shape memory alloys The subject of this thesis is theoretical and numerical analysis of the fracture of SMAs. First, the size of the martensitic region surrounding the tip of an edge crack in a SMA plate is calculated analytically using the transformation function proposed by Zaki and Moumni (Zaki and Moumni, J. Mech. Phys. Sol, 2007) together with crack tip asymptotic stress equations. The transformation region is also calculated with finite elements (FE) by implementing Zaki-Moumni (ZM) model in ABAQUS through user defined material subroutine (UMAT). Transformation regions calculated analytically and computationally are compared to experimental results available in the literature (Robertson et al. , Acta Mater. , 2007). Second, fracture parameters like; Stress Intensity Factors (SIFs), J-integrals, energy release rates, crack tip opening displacements (CTODs) and T-stresses are evaluated. The objective is to understand the effect of phase transformation on fracture behavior of an edge cracked Nitinol plate under mode I loading. In the FE analysis of the edge cracked plate under mode I loading, ABAQUS is used with both ZM model, written through UMAT and built-in SMA model based on Auricchio's model (Auricchio et. Al. , Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. , 1997). J-integrals are found to be contour dependent as a result of non-homogeneity around crack tip, therefore SIFs are directly calculated from strain energy release rate and compared to the SIFs calculated using asymptotic near-tip opening displacement field equation. Third, steady state crack growth in an SMA plate is analysed. To this end, mode I steady-state crack growth in an edge-cracked Nitinol plate is modelled using a non-local stationary method. The model is implemented in ABAQUS using ZM model by means of UMAT to determine transformation zones around the crack tip. Steady-state crack growth is first simulated without considering reverse transformation to calculate the effect of transformation on stress distribution in the wake region, and then reverse transformation is taken into account. The effect of reorientation of martensite near the crack tip as a result of non-proportional loading is also studied. The stress distribution and the phase transformation region are compared to results obtained for the case of a static crack. Finally, phase transformation region are calculated analytically around the tip of an SMA specimen under mode III loading; at first the analytical method represented by Moumni (Ziad Moumni, PhD thesis, École Nationale Des Ponts Et Chaussées, 1995) in which the material model is built based on the framework of standard materials with internal constraints (Moumni et al. Int. J. Plasticity, 2008), is revisited. Using the hodograph method, the nonlinear PDE problem is transferred to a linear boundary value problem in hodograph plane and phase transformation around the tip of a crack under mode III loading is calculated analytically. The model proposed by Moumni is improved by including the thermo-mechanical coupling. As a result of the analysis, fully coupled phase transformation region and the temperature increase due to the latent heat generation is calculated numerically around the crack tip
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Attipou, Kodjo. "Étude des instabilités dans les membranes minces sous chargements thermomécaniques." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0207/document.
Abstract:
Le plissement est généralement observé dans les structures minces ayant un comportement de type membrane. Ces structures minces ne supportent pas d'effort de flexion et sont donc sollicitées en traction. Dans cette thèse, nous avons développé une technique de réduction de modèle pour la modélisation du plissement des membranes minces. Cette technique, basée sur les séries de Fourier à double échelle, permet de déduire d'un modèle complet de membrane, un modèle réduit capable de prendre en compte les instabilités globales et locales. Les valeurs critiques de charge et longueur d'onde sont déterminées analytiquement puis numériquement. Des exemples numériques nous ont permis de valider le modèle numérique par rapport au modèle analytique. Les modèles numériques étudiés prennent en compte le modèle complet et le modèle réduit de la membrane. Le modèle complet est simulé dans Abaqus et résolu numériquement à l'aide de la méthode de la longueur d'arc et le modèle réduit est implémenté dans Matlab et résolu numériquement à l'aide de la méthode asymptotique numérique. Nous avons étudié le comportement de la membrane sous sollicitation mécanique, thermique et thermo-mécanique. Les résultats obtenus montrent que le modèle réduit est capable de se substituer au modèle complet dans la détermination des contraintes critiques et longueurs d'onde correspondantes. Le gain en temps de calcul obtenu est important, ceci grâce à la très faible densité de maillage requis par le modèle réduit. Le modèle réduit est très sensible aux conditions aux bords de la membrane et requiert d'avoir une longueur d'onde des plis quasiment constante dans la largeur de la membraneWrinkling is an instability phenomenon generally observed in thin structures with membrane's behavior. Those thin structures have no rigidity to flexion and are therefore used in traction. In this thesis, we developed a reduction model's technique for the modeling of wrinkling phenomenon in thin membranes. This technique, based on the double scale Fourier series, allow us to deduce from a full membrane model, a reduced membrane model that is able to take into account the global and local instability of the structure. The critical load and critical wavelength are determined analytically on one side, then numerically on the other side. Numerical exemples are conducted to validate the numerical model towards the analytical one. Numerical models studied take into account both full and reduce membrane models. The full model is simulated in Abaqus and solved numerically using the arc length method and the reduced model is implemented in Matlab and solved numerically using the asymptotic numerical method. We studied the membrane behavior under mechanical, thermal and thermo-mechanical loading. The results obtained show that the full membrane model can be replaced by the reduced one in determining critical loads and corresponding wavelengths. The gain in computation time obtained is important, due to the coarse mesh required by the reduced model. The reduced model is very sensitive to membrane's boundaries conditions and requires to have a quasi constant wavelength along the membrane width
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Gu, Xiaojun. "Optimization of Shape Memory Alloy Structures with Respect to Fatigue." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLY012/document.
Abstract:
Cette thèse présente une approche globale d’optimisation vis-à-vis de la fatigue des matériaux et structures en alliages à mémoire de forme (AMF). Cette approche s’articule en trois étapes : i) Le développement d’une loi de comportement capable de prédire la réponse thermomécanique à l’état stabilisé d’une structure en AMF sous chargement cyclique multiaxial non proportionnel. On prend notamment en compte la dépendance de la déformation résiduelle par rapport à la température. Par ailleurs, la méthode LATIN à grand incrément de temps a été généralisée pour les AMF dans le cadre du modèle ZM. Ceci permet de résoudre les problèmes de convergence numérique rencontrés lorsque le processus de transformation de phase se produit avec une pente du plateau de transformation faible. ii) Le développement d’un critère de fatigue à grand nombre de cycles pour les AMF. Ce critère s’inscrit dans le cadre de la théorie d’adaptation à l’instar du critère de Dang Van pour les métaux élasto-plastiques. Le critère proposé permet de calculer en chaque point de la structure en AMF un facteur de fatigue indiquant son degré de dangerosité. iii) Le développement d’une approche d’optimisation structurale qui peut être utilisée pour améliorer la durée de vie en fatigue prédite par le critère proposé dans la deuxième partie. Des exemples numériques sont traités pour valider chaque étape. L‘approche globale a par ailleurs été testée et validée pour l’optimisation structurale d’un stentThis thesis presents a comprehensive and effi cient structural optimization approach for shape memory alloys (SMAs) with respect to fatigue. The approach consists of three steps: First, the development of a suitable constitutive model capable of predicting, with good accuracy, the stabilized thermomechanical stress state of a SMA structure subjected to multiaxial nonproportional cyclic loading. The dependence of the saturated residual strain on temperature and loading rate is discussed. In order to overcome numerical convergence problems in situations where the phase transformation process presents little or no positivehardening, the large time increment method (LATIN) is utilized in combination with the ZM (Zaki-Moumni) model to simulate SMA structures instead of conventional incremental methods. Second, a shakedown-based fatigue criterion analogous to the Dang Van model for elastoplastic metals is derived for SMAs to predict whether a SMA structure subjected to high-cycle loading would undergo fatigue. The proposed criterion computes a fatigue factor at each material point, indicating its degree of safeness with respect to high-cycle fatigue. Third, a structural optimization approach, which can be used to improve the fatigue lifetime estimated using the proposed fatigue criterion is presented. The prospects of this work include the validation of the optimization approach with experimental data
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Rouquié, Sandrine. "Vieillissement de structures composites à matrice organique soumises à des chargements thermomécaniques répétés." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2292.
Abstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet matériaux du programme " Recherche Aéronautique sur le Supersonique " et a pour objectif une meilleure compréhension des mécanismes d'endommagement de stratifiés composites soumis à des variations cycliques de température. Ces essais réalisés sous environnements neutres (vide et azote) et oxydants (air et oxygène) sur divers drapages d'un même matériau carbone/époxyde ont révélé un effet significatif du taux d'oxygène sur les cinétiques d'endommagement. En effet les résultats montrent qu'un couplage entre l'oxydation et les contraintes cycliques d'origine thermique conduit à une accélération très importante de la fissuration matricielle. L'utilisation d'un modèle cinétique d'oxydation ainsi que le calcul des contraintes d'origine thermique ont permis de proposer un protocole expérimental permettant de dissocier et/ou d'accélérer les phénomènes complexes mis en jeuThe aim of this study, which is a part of the " supersonic aircraft research program" is a better understanding of damage mechanisms in composite materials submitted to cyclic variation of temperature. Thermal cycling tests performed in neutral environments (vacuum and nitrogen) and oxidative environments (air and oxygen) on various lay up of the same carbon/epoxy material revealed a significant effect of the oxygen rate on damage kinetics. Indeed the results show that a coupling between oxidation and the cyclic stresses coming from thermal variation induces a significant acceleration of matrix cracking. The use of a model of oxydation as well as the calculation of the thermal stresses made it possible to propose an experimental protocol allowing to dissociate and/or accelerate the complex phenomena involved
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Gu, Xiaojun. "Optimization of Shape Memory Alloy Structures with Respect to Fatigue." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLY012.
Abstract:
Cette thèse présente une approche globale d’optimisation vis-à-vis de la fatigue des matériaux et structures en alliages à mémoire de forme (AMF). Cette approche s’articule en trois étapes : i) Le développement d’une loi de comportement capable de prédire la réponse thermomécanique à l’état stabilisé d’une structure en AMF sous chargement cyclique multiaxial non proportionnel. On prend notamment en compte la dépendance de la déformation résiduelle par rapport à la température. Par ailleurs, la méthode LATIN à grand incrément de temps a été généralisée pour les AMF dans le cadre du modèle ZM. Ceci permet de résoudre les problèmes de convergence numérique rencontrés lorsque le processus de transformation de phase se produit avec une pente du plateau de transformation faible. ii) Le développement d’un critère de fatigue à grand nombre de cycles pour les AMF. Ce critère s’inscrit dans le cadre de la théorie d’adaptation à l’instar du critère de Dang Van pour les métaux élasto-plastiques. Le critère proposé permet de calculer en chaque point de la structure en AMF un facteur de fatigue indiquant son degré de dangerosité. iii) Le développement d’une approche d’optimisation structurale qui peut être utilisée pour améliorer la durée de vie en fatigue prédite par le critère proposé dans la deuxième partie. Des exemples numériques sont traités pour valider chaque étape. L‘approche globale a par ailleurs été testée et validée pour l’optimisation structurale d’un stentThis thesis presents a comprehensive and effi cient structural optimization approach for shape memory alloys (SMAs) with respect to fatigue. The approach consists of three steps: First, the development of a suitable constitutive model capable of predicting, with good accuracy, the stabilized thermomechanical stress state of a SMA structure subjected to multiaxial nonproportional cyclic loading. The dependence of the saturated residual strain on temperature and loading rate is discussed. In order to overcome numerical convergence problems in situations where the phase transformation process presents little or no positivehardening, the large time increment method (LATIN) is utilized in combination with the ZM (Zaki-Moumni) model to simulate SMA structures instead of conventional incremental methods. Second, a shakedown-based fatigue criterion analogous to the Dang Van model for elastoplastic metals is derived for SMAs to predict whether a SMA structure subjected to high-cycle loading would undergo fatigue. The proposed criterion computes a fatigue factor at each material point, indicating its degree of safeness with respect to high-cycle fatigue. Third, a structural optimization approach, which can be used to improve the fatigue lifetime estimated using the proposed fatigue criterion is presented. The prospects of this work include the validation of the optimization approach with experimental data
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Ben, henni Mohamed. "Contribution à l'étude de la vibration des plaques en matériaux composites sous chargements mécanique et thermomécanique." Thesis, Reims, 2019. http://www.theses.fr/2019REIMS020.
Abstract:
Ce travail a pour objectif d’analyser le comportement en vibrations libres de composites stratifiés à fibres hybrides en utilisant d’une part, une théorie d’ordre élevé à quatre variables qui prend en considération l’effet de cisaillement transverse lors du calcul des déformations ; et d’autre part une analyse par la méthode des éléments finis. L’équation du mouvement de la plaque stratifiée est obtenue en utilisant de principe d'Hamilton. Les expressions mathématiques sont obtenues en utilisant la solution de Navier pour différentes conditions aux limites. Afin de valider les modèles proposés nous avons d’abord comparé nos résultats avec des modèles existants dans la littérature pour les matériaux non hybrides. Les modules élastiques de la plaque hybride sont calculés en utilisant la loi des mélanges. Ensuite, nous avons étudié les effets des dimensions de la plaque, de la fraction volumique et du type de fibres, de la position des couches (pour le cas de l’hybridation intercouche) ainsi que les conditions aux limites sur les fréquences fondamentales des plaques composites hybrides. Comme il n’y a aucune donnée disponible dans la littérature pourles plaques composites hybrides, la solution en éléments finis a été utilisée pour valider les résultats obtenus par la théorie d’ordre élevé. Les résultats montrent la bonne précision de la solution analytique proposée pour la prévision des fréquences fondamentales des plaques stratifiées hybrides. Comme les conditions hygrothermiques généralement dégradent la rigidité des structures, nous avons étudié les effets de température et de l’humidité sur la stabilité des plaques composites hybrides et non hybrides. Les résultats obtenus pour les fréquences fondamentales montrent que les conditions hygrothermiques affectent le comportement des plaques composites mais à moindre échelleThe aim of this work is to analyze the vibration behavior of hybrid fiber composite laminates by using, on the one hand, the fourvariable high order theory taking into account the transverse shear effect for strain calculation; and on the other hand by the finite element method analysis. The equation of motion of the laminated plate is obtained using Hamilton's principle. The mathematical expressions are obtained using the Navier solution for different boundary conditions. In order to validate the proposed models, we compared our results with existing models in the literature for non-hybrid composites. The elastic moduli of the hybrid plate were calculated using the law of mixtures. Then, we studied the effects of the plate dimensions, the volume fraction, the type of fiber, the position of layers (in the case of interlayer hybridization) on the fundamental frequencies of hybrid composite plates.Since, there is no data available in the literature for hybrid composite plates, the finite element solution is used to validate the results obtained by the high order theory. The results show good accuracy of the proposed analytical solution for the prediction of the fundamental frequencies of hybrid stratified plates. Hygrothermal conditions generally degrade the rigidity of structures, we studied the effects of temperature and humidity on the stability of hybrid and non-hybrid composite plates. The results obtained for the fundamental frequencies show that the hygrothermal conditions can affect the behavior of composite plates but with a lesser effect
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Merzouki, Johan. "étude des chargements thermomécaniques induits par le resserrement du trou en perçage du Ti6Al4V sous assistance cryogénique." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0025/document.
Abstract:
En raison des enjeux économiques et écologiques majeurs auxquels doivent faire face les acteurs de l’industrie aéronautique depuis plusieurs décennies, la part massique de composite dans la composition des avions n’a cessé d’augmenter : elle était d’environ 5% en 1972 pour l’Airbus A300 pour arriver à plus de 50% en 2013 pour l’Airbus A350. En effet, l’objectif étant de réduire toujours plus la masse des avions, les alliages d’aluminium qui les composaient en grande majorité (75% de la masse dans les années 70) ont été progressivement remplacés par d’autres matériaux aux caractéristiques mécaniques spécifiques jugées plus intéressantes et notamment par le CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) que l’on couple souvent aux alliages de titane parce qu’ils font preuve d’une meilleure compatibilité thermique et électrochimique que le couple CFRP/alliage d’aluminium.En conséquence, de nombreux cas d’assemblage sont aujourd’hui des empilages hybrides CFRP/Ti6Al4V pour lesquels l’objectif est de pouvoir réaliser le perçage en une seule opération comme c’était le cas auparavant avec les assemblages métal/métal. Les études réalisées sur le perçage de ces empilages hybrides ont montré que les températures de coupe élevées de l’opération, majoritairement dues à l’usinage de la partie constituée de Ti6Al4V, étaient une cause majeure du non-respect des spécifications aéronautiques. C’est à partir de ces constatations que l’idée d’utiliser l’assistance cryogénique est née : refroidir la zone de coupe en injectant de l’azote liquide par le centre broche, en lieu et place des moyens de lubrification et de refroidissement plus classiques.En effet, la chaleur latente que l’azote liquide absorbe lors de sa vaporisation en fait un excellent candidat pour refroidir efficacement la zone de coupe. Son utilisation est de plus une solution totalement écologique puisqu’elle permet d’éviter l’utilisation de fluides de coupe et permet ainsi d’éviter les opérations de lavage des pièces, d’essorage des copeaux et de recyclage des fluides tout en restant neutre pour l’opérateur et la planète.Ainsi, ce projet de thèse s’articule autour de l’étude des effets de l’assistance cryogénique sur le perçage du Ti6Al4V et s’intéresse en particulier à son impact sur le phénomène de resserrement du trou. En effet, les chargements thermomécaniques induits par l’opération ainsi que les formes et dimensions finales des trous réalisés sont en réalité fortement liés à ce phénomène qui n’avait jusqu’ici été que très peu étudié. Par conséquent, cette thèse propose d’une part de mettre en évidence l’importance du resserrement du trou en perçage de Ti6Al4V et d’autre part de fournir des éléments d’analyse et de compréhension sur ce phénomène dans les conditions d’usinage à sec et avec assistance cryogéniqueOn account of the major economic and ecological stakes to which the aeronautic industry stakeholders had to react during the last decades, the composite mass percentage in aircrafts never stopped to increase and reached more than 50% in 2013 for the Airbus A350. Indeed, the aim always being to build lighter aircrafts, aluminum alloys (which represented more than 75% of the total mass in the 70’) were gradually replaced by other materials which were considered to have more advantageous mechanical properties to weight ratios and especially by CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic). Since the CFRP/titanium alloy pair demonstrates a better thermal and electrochemical compatibility compared to the CFRP/aluminum alloy pair, the use of titanium alloys in aircraft increased as well.Therefore, many assembly cases are currently CFRP/Ti6Al4V hybrid stacks for which the goal is to be able to drill them in one shot, just as it was done for metal/metal stacks. Studies were carried out concerning hybrid stacks drilling and highlighted that the elevated temperatures during the Ti6Al4V drilling were mainly responsible for the non-fulfilment of aeronautical specifications. Based on these observations, the idea of using the cryogenic assistance emerged: cooling down the cutting area by using liquid nitrogen instead of classic modes of lubrication and cooling.Indeed, the latent heat that liquid nitrogen absorbs when it vaporizes makes it an excellent candidate to efficiently cool the cutting zone. Moreover, since it evaporates quickly at room temperature, it eliminates the need to clean the parts and to recycle the fluids while being neutral for the planet and the machine operator.This Ph.D thesis revolves around the study of cryogenic assistance effects in Ti6Al4V drilling and focuses especially on its impact on hole shrinkage. Indeed, the shape and dimensions of the drilled hole, as well as the thermomechanical loads induced by the operation depend on this little-known phenomenon. Therefore, this thesis proposes to highlight the key role of hole shrinkage in Ti6Al4V drilling and to give elements of analysis and understanding on the phenomenon, for dry and cryogenic cutting conditions
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Zaki, Wael. "Modélisation thermomécanique unifiée des comportements des matériaux à mémoire de forme. Application aux chargements cycliques et à la fatigue." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002587.
Abstract:
Au cours de ce mémoire, nous avons présenté un modèle complet et unifié de comportement des matériaux à mémoire de forme et un critère énergétique applicable au calcul à la fatigue de structures fonctionnant dans le domaine pseudo élastique. Le modèle et le critère sont validés en comparant leurs prédictions à des résultats expérimentaux. Notre modélisation présente les avantages suivants : – elle est complète, c'est-à-dire qu'elle permet de simuler tous les principaux phénomènes caractéristiques du comportement des MMF. La simulation s'appuie sur une même loi de comportement et sur un même ensemble de lois complémentaires, ce qui lui confère un caractère unifié ; – les paramètres sont simples à identifier ; – l'accord des prédictions avec les résultats expérimentaux disponibles est satisfaisant ; – étant donné la prise en compte des chargements non proportionnels, il est possible d'effectuer des calculs de structures en MMF soumises à des chargements complexes ; – les chargements cycliques sont pris en compte. Il est donc possible de déterminer l'état stabilisé d'une structure soumise à des cycles de changement de phase répétés dans le domaine pseudoélastique. En particulier, le modèle permet de calculer l'énergie dissipée par cycle stabilisé en tout point de la structure ; le critère énergétique peut ensuite être utilisé pour estimer sa durée de vie. Notre travail ouvre la voie vers une modélisation plus détaillée du comportement des MMF, permettant la prise en compte de certains effets souvent négligés, comme la formation de la phase R, l'apparition de boucles internes liées à des charges décharges partielles dans le domaine pseudoélastique et la dissymétrie du comportement en traction et en compression. Nous pensons, par ailleurs, qu'il est possible de décrire la dynamique des MMF moyennant une extension du présent modèle. Sur le plan expérimental, il serait intéressant d'appliquer des technologies nouvelles à l'étude des matériaux à mémoire de forme. Dans ce cadre, la thermographie infrarouge nous semble utile pour caractériser la localisation du changement de phase au niveau de certaines structures ; d'autres techniques, comme l'interaction laser matière, promettent une meilleure description de la cinétique de la transformation martensitique. En outre, le problème de la fatigue des MMF devra faire l'objet de recherches plus poussées. Dans l'immédiat, il est nécessaire de tester la validité de notre critère de durée de vie pour différents types de chargement, notamment pour la torsion, afin de vérifier son caractère intrinsèque.
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Chaoui, Mustapha. "Evolution de la texture d'un alliage à mémoire de forme TI-NI au cours de différents chargements thermomécaniques." Metz, 1995. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1995/Chaoui.Mustapha.SMZ9517.pdf.
Abstract:
Le travail réalisé est relatif aux alliages à mémoire de forme (AMF) et porte plus spécialement sur l'étude des évolutions texturales des alliages Ti-50%Ni. Nous présentons les conditions expérimentales des différents chargements thermomécaniques conduisant à l'analyse des états austénitiques et martensitiques. La diffraction des rayons x a été choisie comme méthode d'investigation. Dans chaque cas elle permet la caractérisation des états (analyse de phase), l'analyse qualitative des textures par la détermination des figures de pôles. Une mise en œuvre de la méthode vectorielle appliquée aux matériaux du système monoclinique permet une quantification des textures des phases austénitiques et martensitiques. Nous avons mis au point une méthode de calcul permettant de relier les orientations de la phase initiale et celles de la phase finale, cette modélisation nous permet de prévoir la texture qualitative de la phase finale et de déterminer pour chaque état martensitique les variantes activesWe present a study on Ti-Ni shape memory alloy (AMF) having 50% Ni. Different thermomecanic loadings were performed to know their influence on the martensitic and the austenitic states. X ray diffraction is chosen to analyse the concentration and the texture of each phase according to the loading path. Quantitative texture analysis using the vector method is applied to low symetrie material as the martensitic phase which has a monoclinic structure. We have developped a calculation method able to link orientations between the initial phase and the final one. This method allows to anticipe the texture obtained after loading and know the martensitic variants which are active during the loading process
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Guo, Qiang. "Réponse thermo-mécanique des élastomères sous chargement cyclique : modélisation constitutive et expérience." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I023/document.
Abstract:
Les caoutchoucs utilisés dans les applications d’ingénierie sont souvent sollicités cycliquement et présentent une réponse thermomécanique complexe dépendante du temps. Établir le couplage entre les différents phénomènes inélastiques, apparaissant généralement ensemble au cours de l’historique du chargement cyclique, est une question ouverte à résoudre. Cette thèse est dédiée à la formulation et à la vérification expérimentale de modèles de comportement thermomécaniques pour les caoutchoucs. Le mémoire de thèse est divisé en deux parties. La première partie est axée sur les caoutchoucs renforcés par du noir de carbone. Les effets du pré-étirement et de la teneur en noir de carbone sur la réponse cyclique d'un caoutchouc synthétique représentatif (SBR) sont analysés qualitativement et quantitativement à l'aide de la théorie des variables internes. Une interprétation des mécanismes physiques sous-jacents est proposée dans laquelle deux types de réarrangements dissipatifs du réseau de chaînes sont considérés, à savoir les réarrangements recouvrables induisant une viscoélasticité et les réarrangements non recouvrables induisant un endommagement. Afin de prédire l'ensemble des principaux effets inélastiques (l’adoucissement de la contrainte induit par la fatigue et l’hystérésis ainsi que la dissipation thermique), nous avons formulé un nouveau modèle constitutif thermo-viscoélastique endommageable basé sur la théorie des variables internes. Le modèle constitutif proposé est implémenté dans un code éléments finis et des applications numériques sur des structures en caoutchouc sont effectuées. Les capacités prédictives du modèle sont vérifiées par des comparaisons avec nos observations expérimentales. La seconde partie est consacrée aux caoutchoucs cristallisables par étirement. Nous avons développé un nouveau modèle physiquement fondé inspiré du micro-mécanisme pour décrire l'évolution progressive du degré de cristallinité dans les caoutchoucs et leur réponse thermomécanique dépendante du temps dans le contexte de la thermodynamique des processus irréversibles. Dans ce modèle, la configuration moléculaire d’une chaîne partiellement cristallisée est analysée et calculée au moyen de certaines méthodes mécaniques statistiques. Notre approche est implémentée dans le modèle micro-sphère dans le but d'introduire l'anisotropie et la dissipation induites par la cristallisation d’un réseau de chaînes. Le modèle constitutif proposé est ensuite utilisé pour discuter certains aspects importants du micro-mécanisme et de la réponse macroscopique à l'état d'équilibre et à l'état non équilibré pendant l'étirement/la recouvrance/la relaxation continue. Les simulations du modèle sont également comparées aux données expérimentales à différents niveaux d'étirement et à différentes températures. Les champs locaux en termes d'anisotropie et de dissipation sont présentés à l'aide d'exemples numériquesEstablishing the coupling between the different inelastic phenomena, usually appearing together during the cyclic loading history, is an open issue to be addressed. The Phd report is divided into two parts. The first part is focused on filled rubbers. The effects of pre-stretch and filler content on the history-dependent cyclic response of a representative carbon-filled synthetic rubber (SBR) are qualitatively and quantitatively analyzed by using the internal state variable theory. An interpretation of the underlying physical mechanisms is proposed in which two types of dissipative network rearrangements are considered, i.e. recoverable rearrangements inducing viscoelasticity and unrecoverable rearrangements inducing damage. In order to predict the main set of inelastic fatigue effects (fatigue-induced stress-softening and hysteresis along with dissipative heating), we formulate a new thermo-viscoelastic-damage constitutive model based on the internal state variable theory. The proposed constitutive model is implemented into a finite element program and numerical applications on rubber structures are performed. The predictive capabilities of the model are verified by comparisons with our experimental observations. The second part is focused on stretch-induced crystallizable rubbers. We develop a new micro-mechanism inspired molecular chain model to describe the progressive evolution of the crystallinity degree in rubbers and the history-dependent thermo-mechanical response within the context of the thermodynamic framework. In this model, the molecular configuration of the partially crystallized single chain is analyzed and calculated by means of some statistical mechanical methods. Our approach is implemented into the micro-sphere model in the aim to introduce the crystallization-induced anisotropy and dissipation. The proposed constitutive model is then used to discuss some important aspects of the micro-mechanism and the macro-response under the equilibrium state and the non-equilibrium state involved during stretching/recovery/continuous relaxation. The model simulations are also compared to experimental data at different stretch levels and temperatures. Local fields in terms of anisotropy and dissipation are presented on illustrative numerical examples
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Sridi, Ahmed. "Modélisations thermomécanique et numérique du comportement de maçonneries en briques alvéolées en terre cuite sous chargements mécanique et thermique sévères." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC047/document.
Abstract:
Un des enjeux majeurs de la filière de construction en briques alvéolées est l’amélioration de la tenue au feu de hauts et ambitieux bâtiments, réalisés avec ces briques. L’objet de nos travaux est de développer des modèles thermo-mécaniques et des outils numériques suffisamment prédictifs pour orienter la recherche, par la simulation numérique, de produits améliorés vis-à-vis de la tenue au feu, permettant de diminuer le nombre de coûteux essais expérimentaux. Les contributions principales sont d’ordre méthodologique. Nous avons ainsi établi un dialogue entre les observations, les mesures et les résultats expérimentaux, d’un côté, les modèles et les simulations de l’autre, avec un souci permanent de diminution des coûts des simulations. Ainsi, tirant profit de résultats de mesures réalisées, nous avons développé progressivement des modélisations adaptées, en examinant l’importance des phénomènes thermiques (conduction, convection et rayonnement), en recherchant les « juste-bonnes» (par rapport aux objectifs) relations d’échanges aux multiples interfaces du problème et en introduisant le changement de phase de l’eau liée. Nous avons également été amenés à identifier, par approche inverse, certains paramètres, après avoir identifié les bons mécanismes thermo-mécaniques. Enfin, pour mieux inscrire nos travaux dans une démarche d’aide efficace à la conception, nous avons travaillé dans le cadre multimodèle et multiéchelle Arlequin pour formuler, approcher et résoudre les problèmes thermo-mécaniques résultants, comportant des zones de concentrations du gradient thermique et de singularités mécaniques. L’approche globale, élaborée et testée, en utilisant différents codes et en développant des parties d’autres, montre une capacité réelle à améliorer les calculs des structures en briques alvéolées, soumises à des chargements thermo-mécaniquesOne of the major challenges of the hollow clay brick industry nowadays is to improve the fire resistance of ambitiously tall buildings, constructed with this type of bricks. The objective of our work is to develop thermo-mechanical models and related predictive numerical tools to guide the research of improved fire-performance products and therefore reduce the number of expensive experimental tests. Our main contributions are methodological. With a permanent concern of reducing the simulation costs, we establish a dialogue between observations, measurements and experimental results, on the one hand, models and simulations on the other hand. In this regard, measurements, obtained during the experimental tests we carried out, are used to progressively develop relevant models, by examining the importance of thermal phenomena (conduction, convection and radiation), by looking for the just right transfer relations (with respect to our objectives) at the multiple interfaces of the problem and by considering the phase change of bound water. After identifying the good thermo-mechanical mechanisms, we calibrate some numerical parameters by solving an inverse problem. Moreover, to efficiently help the design of new products, we employ the multi-model and multi-scale Arlequin framework to formulate, approximate and solve resulting thermo-mechanical problems. The latters include areas of thermal gradient concentrations and mechanical singularities. Our global approach implemented and tested by developing codes and enriching others, shows a real ability of our methodology to efficiently compute structures made of hollow bricks, when subjected to thermomechanical load
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Agode, Kofi Edoh. "Analyse et modélisation du comportement à l’usure des outils de coupe en carbure de tungstène pour différentes teneurs en cobalt lors de l’usinage de l’alliage de titane Ti-6Al-4V." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0141.
Abstract:
En raison de sa grande dureté et sa résistance à l'usure, le carbure de tungstène avec liant cobalt (WC-Co) est le matériau incontournable pour la fabrication des outils d’usinage, des outillages de découpe et de formage, ainsi que des pièces d'usure nécessitant une dureté importante et une grande précision. La modification de la microstructure du carbure de tungstène, et plus particulièrement sa teneur en cobalt suscite aujourd’hui le plus grand intérêt de la part des fabricants pour développer de nouvelles nuances plus performantes et ainsi gagner de nouveaux parts de marché. Cette thèse propose d’étudier l’effet de la teneur en cobalt des outils carbure sur les grandeurs mesurées et les mécanismes d’usure lors de l’usinage des superalliages durs à base de titane (Ti-6Al-4V). Le travail de recherche, à la fois expérimental et numérique, est consacré d’une part à la compréhension des mécanismes microscopiques d’endommagement conduisant à l’usure macroscopique du composite WC-Co, et d’autre part à l’influence de la teneur en cobalt sur le comportement du WC-Co en tenant compte du couplage mécanique-microstructure-endommagement. Sur la base d’une analyse expérimentale, l’identification des phénomènes physiques macroscopiques et microscopiques mis en jeu aux niveaux des interfaces de contact outil/copeau et outil/pièce a été conduite. A cet effet, des essais d’usinage ont été réalisés dans un premier temps sur le couple outil-matière WC-Co/Ti-6Al-4V avec différentes teneurs en cobalt pour les outils. Dans un deuxième temps, une caractérisation tribologique, du même couple outil-matière, a été menée afin d’évaluer l’influence de la teneur en cobalt et les conditions de contact (vitesse de glissement, effort appliqué) sur le coefficient de frottement et l’usure. Toutefois, l’inaccessibilité des zones de contact pendant l’usinage et les essais tribologiques n’ont pas permis une description complète des mécanismes d’usure observés qu’ils soient macroscopiques (collage, abrasion, déformation, ...), ou microscopique (fissuration, endommagement des phases WC, Co). La simulation numérique par éléments finis s’est avérée alors un outil complémentaire intéressant pour l’analyse de ces mécanismes d’usure. Notre stratégie de modélisation s’est intéressée à la réponse du WC-Co à l’échelle de la microstructure sous un chargement thermomécanique représentatif de l’usinage. Le modèle proposé tient compte du comportement des phases WC et Co séparément et celui des interfaces WC-WC et WC-Co. Cette stratégie a permis d’étudier et identifier les paramètres influant sur le comportement de la microstructure depuis la phase élastique jusqu’à l’initiation de l’endommagement. Un bon accord a été obtenu entre les résultats du comportement numérique à l’initiation de l’endommagement dans la microstructure et ceux des observations expérimentales en termes d’effets de la teneur en cobalt dans le carbure de tungstène et des conditions d’usinage appliquéesDue to their high hardness and wear resistance, cemented carbide (WC-Co) is the main material used to manufacture machining tools and forming tooling, as well as wear parts requiring high hardness and high precision. The modification of tungsten carbide microstructure, and more particularly its cobalt content, is currently attracting the greatest interest from manufacturers to develop new grades tools with high performance, and then expand new markets.This thesis aims to study the effect of the cobalt content of carbide tools on the measured values and wear mechanisms when machining hard superalloys such as the aeronautical titanium alloys Ti-6Al-4V. Both experimental and numerical research work are devoted on one hand to the understanding of the microscopic damage mechanisms leading to the macroscopic wear of the WC-Co composite and on the other hand, to the influence of the cobalt content on the behavior of the WC-Co taking into account the mechanical-microstructure-damage coupling.On the basis of an experimental analysis, the identification of the macroscopic and microscopic physical phenomena involved at the tool/chip and tool/workpiece contact interfaces was conducted. Machining tests were firstly carried out on the tool-material couple WC-Co/Ti-6Al-4V with different cobalt contents for the tools (from 6 to 15%). In a second step, a tribological characterization of the same tool-material couple was carried out to evaluate the influence of the cobalt content and the contact conditions (sliding speed, applied force) on the friction coefficient and wear. However, the inaccessibility of the contact zones during machining and the tribological tests did not allow a complete description of the wear mechanisms observed, whether macroscopic mechanisms (adhesion, abrasion, deformation, ...), or microscopic mechanisms (cracking, damage of the WC and Co phases). The numerical simulation using finite elements (FE) proved to be a very interesting complementary tool for the analysis of these wear mechanisms.Our modeling strategy focused on the response of WC-Co at the microstructure scale for the thermomechanical loading close to that obtained by machining. The proposed model takes into account the behavior of the WC and Co phases separately and that of the interfaces WC-WC and WC-Co of the composite. This strategy allowed to study and identify parameters influencing the behavior of the microstructure from the elastic stage to the damage initiation. A good agreement was obtained between the results of the numerical behavior at the initiation of damage in the microstructure and those of the experimental observations in terms of the effects of the cobalt content in the tungsten carbide and of the applied machining conditions
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Lopez, Delphine. "Comportement d’un thermoplastique renforcé de fibres de verre soumis à des chargements thermo-mécaniques." Thesis, Lorient, 2018. http://www.theses.fr/2018LORIS488/document.
Abstract:
Les composites à matrice polymère sont de plus en plus utilisés dans le secteur automobile. Afin de remplir les conditions exigeantes du cahier des charges vis-à-vis des conditions de mise en service, les pièces en composite doivent maintenir leur forme géométrique sous des conditions thermo-mécaniques parfois extrêmes. Par exemple, un assemblage de hayon composite est soumis à des contraintes mécaniques élevées associées à des variations de température importantes lors des essais de validation du cahier des charges. Les enjeux de la thèse sont axés sur l’aide à la conception dans le domaine quasi-statique de pièces industrielles injectées en thermoplastique renforcé de fibres discontinues. L’amélioration des outils numériques doit permettre un dimensionnement virtuel optimal de ces pièces en anticipant les variations rencontrées en service et les distorsions résiduelles résultantes de chargements thermo-mécaniques. Cette démarche s’appuie sur la connaissance du comportement thermo-mécanique du matériau de l’étude, celui du renfort de hayon, un polypropylène renforcé à 40% en masse de fibres de verre discontinues, et sur la modélisation du comportement de ce type de matériauDiscontinuous fibers reinforced thermoplastic materials have been widely used for several years in the automotive industry. These parts must resist demanding service life conditions and must meet thermo- mechanical specifications. Indeed, structural automotive spare parts have to endure high temperatures, like a few tens of degrees Celsius, for a long duration, at least a few hours. As an example, a structural part of tailgate is subject to high mechanical loading, associated to strong temperature variations, during the validation test, regarding specifications. The purpose of this work is to improve the design of complex industrial parts, like the tailgate in quasi-static domain, by relying on numerical simulation. One of the challenges related to the use of such material, is to have a reliable virtual design of industrial parts by predicting the geometrical variations during service life conditions, and residual strain. Therefore, it is necessary to characterize and to model the thermo-mechanical behavior of the tailgate material, a polypropylene matrix reinforced with discontinuous glass fibers, with a given mass fraction of 40%
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Bourgogne, Quentin. "Contribution à l’étude du comportement mécanique d’un PPS/GF40 sous différents chargements avec prise en compte des effets de l’environnement de sollicitation : étude expérimentale et modélisation multi-échelle pour application au développement de pièces automobiles." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0181.
Abstract:
L’immersion permanente dans le liquide de refroidissement et les fortes variations de températures inhérentes à certaines applications automobiles constituant un environnement défavorable aux composites plastiques, les effets de cet environnement sur ces matériaux doit être connus afin de permettre une conception fiable des composants. Cette thèse présente une étude expérimentale et théorique sur un PPS/GF 40 et sa matrice. Les variations de températures et le vieillissement du matériau lié à l’immersion dans le liquide de refroidissement ont été investiguées de manière expérimentale via des essais de tractions cycliques et monotones sur le plastique pur et sur le composite en faisant varier la proportion de glycol dans le liquide de refroidissement. Les résultats de ces essais ont permis l’identification des principaux phénomènes physiques à l’œuvre dans le PPS pur et responsables des évolutions de son comportement mécanique en fonction de cet environnement hydro-thermique. Ces observations expérimentales ont permis la mise en place d’un modèle phénoménologique traduisant le comportement complexe du PPS et de l’extrapoler pour différentes températures. Les effets du vieillissement ont été intégrés au sein de ce même modèle via l’établissement d’une équivalence température/immersion. A partir de l’étude réalisée sur la matrice PPS, le modèle proposé a été extrapolé au niveau du composite via une homogénéisation analytique de son comportement. Un certain écart a été observé entre la prédiction du comportement plastique et le comportement observé expérimentalement. Une investigation par éléments finis de la cohésion fibre/matrice par endommagement d’inter-phase a été menée afin d’expliquer ces différences. Ce travail a permis de mettre en exergue l’influence du vieillissement sur cette cohésion et de quantifier la perte de résistance de cette inter-phase induite par l’immersion. Enfin, une étude expérimentale en fatigue a été menée sur le composite. Les similitudes observées avec le comportement en quasi-statique ont permis de réutiliser des paramètres du modèle développé afin d’extrapoler les courbes de Wöhler pour différentes températures. Cette extrapolation étant alors possible, un modèle 1D a été développé afin d’estimer l’élévation de température induite dans le matériau suite aux phénomènes d’auto-échauffement induits par la sollicitation en fatigue, tout en prenant en considération les effets du vieillissement sur la microstructure du matériauThis thesis presents an experimental and theoretical study conducted on a PPS/GF40 and its matrix. Widely used for under-the-hood applications in the automotive industry, those materials are subjected to high temperatures and aging effects of cooling liquid. Therefore, the understanding of those phenomena is essential to design mechanical parts. Thus, an experimental campaign in the tensile mode has been carried out with different temperatures and glycol proportions in the cooling liquid, for monotonic and cyclic loadings on neat and reinforced PPS. The results of these tests allowed us to highlight some of the main physical phenomena occurring during these solicitations under tough hydro-thermal conditions. Taking into account this analysis, a visco-elasto-pseudo-viscoplastic model is proposed. Moreover, this model allows the consideration of the cooling liquid effects and its constituents by temperature/humidity equivalence. The accuracy of the model was confronted to an artificial intelligence based one, in order to study the maximal accuracy physically reachable. Finally, the evolution of the model parameters has been studied with the adjunction of short glass fibres and for specifics orientation distribution. Starting from the study of the mechanical behavior of the PPS matrix, an analytical homogenization was then performed. Differences between experimental and predicted plastic behaviors were highlighted. Finite element analyses considering inter-phase damage were done at different temperatures and for several fiber orientations so to explain differences arising between analytical approach and experimental results. This work allowed a study of the evolution of the impact of this damage on mechanical properties as a function of temperature and fiber orientation. This work led to highlight a weakening of the fiber/matrix interface for a liquid aged composite and to quantify the decrease of the interface properties. Finally, fatigue behavior of the composite is studied as a function of fiber orientation. The modeling parameters determined from the study of the monotonic behavior of the composite were taken into account to propose a prediction of the Wöhler curves as a function of temperature. The prediction of the Wöhler curves as a function of temperature being possible, a 1D model was then proposed in order to evaluate the increase of temperature due to self-heating phenomenon during fatigue loading, considering ageing consequences
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Saai, Afaf. "Modèle physique de la plasticité d'un cristal métallique CFC soumis à des chargements alternés : contribution à la définition d'une modélisation multiéchelles de la mise en forme des métaux." Phd thesis, Chambéry, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00335219.
Abstract:
Les opérations de mise en forme (particulièrement l'emboutissage) font subir au métal des chargements alternés avec de grandes amplitudes de déformation, le plus souvent suivis de changements de trajets. Une simulation numérique de ces opérations nécessite l'utilisation d'un modèle du comportement qui puisse rendre compte efficacement des trajets de chargements complexes. Cette thèse est une contribution à l'établissement d'un modèle de comportement plastique destiné à être utilisé pour la simulation numérique des opérations de mise en forme. Le parti a été pris de recourir à un modèle micromécanique dont les variables sont des paramètres micro-structuraux intrinsèques comme les densités de dislocations et leurs distributions sur chaque système de glissement. Le modèle traite des chargements alternés dans un cadre physique unifié défini pour l'ensemble des équations constitutives décrivant l'écrouissage.
Au-delà de l'intérêt de définir un modèle particulier, ce travail apporte une contribution à la mise en œuvre des différentes étapes qui doivent conduire à son utilisation dans une simulation numérique macroscopique. Il s'agit de définir un protocole reproductible, plutôt indépendant du modèle considéré et exploitable pour d'autres modélisations. En particulier, des protocoles expérimentaux sont définis pour produire des données dans des conditions reproductibles. Des moyens de caractérisation récents comme l'analyse d'images dans les domaines visible et infrarouge sont utilisés pour étudier la réponse expérimentale thermomécanique de différents échantillons à caractère fortement cristallin. Ensuite, l'implantation du modèle dans un code éléments finis commercial permet d'envisager des simulations complexes qui, si elles ne s'adressent pas actuellement à des opérations d'emboutissage, comportent toutefois les ingrédients pour les traiter.
Ce travail, à l'interface de nombreux champs disciplinaires, apporte donc une contribution au développement des modèles de comportement plastique des matériaux métalliques qui porte sur l'ensemble des briques nécessaires au développement de simulations numériques utilisant des modèles à caractère physique.
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Gaillard, Laura. "Comportement thermo-hydro-mécanique des agrégats d'enrobés compactés non saturés." Thesis, Strasbourg, 2019. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2019/laura_gaillard_2019_ED269.pdf.
Abstract:
Les Agrégats d’Enrobés (AE) proviennent de la démolition des chaussées. Leur réemploi est une alternative aux matériaux vierges, et réduit l’impact environnemental. Le projet ORRAP développe un recyclage à froid des AE sans addition de liant, en couche d’assise de chaussées à faible trafic. Les charges routières répétées causent des dégradations : orniérage et fissuration par fatigue. L’objectif de la thèse est d’étudier le comportement thermo-hydro-mécanique d’AE. Une campagne d’essais triaxiaux a été menée à plusieurs températures, teneurs en eau et fréquences, afin de caractériser les comportements permanent et résilient. A partir des résultats expérimentaux, le comportement résilient a été décrit par un premier modèle analytique élastique non linéaire, puis par un second viscoélastique. Le module résilient a été prédit par des simulations numériques aux éléments discrets, avec un modèle de contact viscoélastique. Finalement, deux planches d’essais expérimentales ont été construitesReclaimed Asphalt Pavement (RAP) comes from the demolition of pavements. Its reuse is an alternative to virgin materials, to reduce the environmental impact. The ORRAP project develops a cold recycling without binder addition, in base and subbase layers of low traffic pavements. The traffic solicitations lead to damages: the rutting and the fatigue cracking. The objective of this thesis is to study the thermo-hydro-mechanical behaviour of RAP. A series of triaxial tests was carried out at several temperatures, water contents and frequencies. The experimental work allowed to characterise permanent and resilient behaviours. Based on experimental results, the resilient behaviour was described by a first non-linear elastic analytical model, and then by a second viscoelastic analytical model. Using the discrete element method, numerical simulations with a viscoelastic contact model predicted the resilient modulus. Finally, two full scale test sections were built
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"Rhéologie de panneaux composites bois/thermoplastiques sous chargement thermomécanique : aptitude au postformage." Thesis, Université Laval, 2003. http://www.theses.ulaval.ca/2003/21360/21360.pdf.