Thèses sur le sujet « Fatigue assistée par l'environnement »

Les pneumatiques poids lourds sont renforcés par des câbles d'acier pour reprendre lestensions générées par la pression de gonflage et le poids du véhicule. Le câble est un assemblage de fils perlitiques tréfilés enroulés en hélice sur plusieurs couches. Le comportement mécanique d'un câble est fonction de son architecture ainsi que des possibilités matériaux-procédés existantes à l'échelle du fil. En service, le câble est soumis à une combinaison complexe de sollicitations cycliques de type mécanique et chimique conduisant à un endommagement en fatigue. Pour réduire l'impact environnemental, ces câbles sont visés par une stratégie d'allégement, viable uniquement à performances similaires ou supérieures. Une condition préalable à l'introduction de nouveaux matériaux dans un pneu est donc le développement de modèles fiables prédisant la durée de vie en fatigue des câbles, ce qui implique la compréhension des mécanismes de fatigue.Par simplification, l'étude s'est portée à l'échelle du fil unitaire (diamètre 180 µm). Différents types de fils ont été produits par l'industriel faisant varier des paramètres influents en fatigue. Un essai de fatigue en traction ondulée sous environnement contrôlé représentatif de la sollicitation en service a été mis au point. Les paramètres matériaux-procédé-environnement impliqués dans l'amorçage et la propagation des fissures sont identifiés par la construction de courbes de Wöhler. Des essais de suivi de propagation in-situ de fissures au sein du fil ont été réalisés en environnement contrôlé sous rayonnement synchrotron pour des rapports de charge positifs. Les lois de Paris et les paramètres impactant celles-ci ont été obtenus.L'ensemble des expériences a permis de dégager les mécanismes physiques impliqués et d'identifier les paramètres correspondants. Un modèle prédictif a été développé à l'échelle du fil. Basé sur la propagation d'une distribution de défauts de surface, il estime une durée de vie du fil pour une sollicitation mécanique et chimique donnée
Heavy duty tyres are reinforced with steel cords to take up the stresses generated by the inflation pressure and the weight of the vehicle. The cable is an assembly of drawn wires helically wound in several layers. The mechanical behaviour of a cable is a function of its architecture as well as the material-processing possibilities available at the wire scale. In service, the cable is subjected to a complex combination of cyclic mechanical and chemical stresses leading to fatigue damage. To reduce the environmental impact, these cables are targeted by a lightweighting strategy, viable only at similar or better performance. A prerequisite for the introduction of new materials in a tyre is therefore the development of reliable models predicting the fatigue life of the cords, which implies an understanding of the fatigue mechanisms. For simplicity, the study was carried out at the unit wire scale (180 µm diameter).Different types of wires were produced by the manufacturer, varying the parameters that have an influence on fatigue. A tensile-tensile fatigue test under a controlled environment representative of the stress in service was developed. The material-process-environment parameters involved in crack initiation and propagation are identified by constructing Wöhler curves. In-situ crack propagation monitoring tests within the wire were performed in a controlled environment under synchrotron radiation for positive load ratios. The Paris laws and the parameters impacting them were obtained.All the experiments made it possible to identify the physical mechanisms involved and the corresponding parameters. A predictive model was developed at the wire scale. Based on the propagation of a distribution of surface defects, it estimates the life of the wire for a given mechanical and chemical stress

L’étude réalisée est relative aux poutres composites composées de matériaux orthotropes dont un axe d'orthotropie est perpendiculaire à la section droite. Dans une première partie une méthode analytique est proposée pour l'étude des sections droites simples ou minces. Dans une deuxième partie une méthode d'analyse pour des sections complexes est développée. À partir de cette méthode, un logiciel de CPAO (Conception de Poutres Composites Assistée par Ordinateur) est proposé. Ce logiciel comporte un mailleur automatique, un programme de résolution utilisant la méthode des éléments finis et un post-processeur. Dans une troisième partie une étude d'optimisation de la forme de sections droite est réalisée. Une méthode de calcul des dérivées sans changement de la forme du maillage permet une convergence rapide.

De nombreux travaux expérimentaux mettent en évidence que, dans un environnement hydrogénant, l'hydrogène généré par des réactions en surface puis drainé dans la zone plastifiée modifie les mécanismes de déformation et d'endommagement en pointe de fissure de fatigue dans les métaux, entraînant un abaissement important de leur résistance à la fissuration. L'objectif est de développer un modèle de ces phénomènes complexes dans le cadre de la mécanique de l'endommagement, et de le confronter aux résultats d'essais de propagation de fissure de fatigue sous hydrogène gazeux sur un acier inoxydable martensitique 15-5PH. Un modèle de fissuration utilisant une méthode de zone cohésive a été implémenté dans le code de calcul ABAQUS. Une loi de traction-séparation adaptée aux chargements cycliques, dont les paramètres sont influencés par la concentration en hydrogène, a été développée. De plus, la diffusion de l'hydrogène tient compte de l'influence de la contrainte hydrostatique et du piégeage. Le comportement mécanique du volume du matériau est modélisé par une loi élastoplastique. On montre que le modèle est capable de prédire la propagation monotone en présence d'hydrogène, puis on étudie la capacité du modèle cohésif avec la loi de traction-séparation développée à prédire les courbes de propagation de fatigue pour l'acier 15-5PH sous air. Enfin, les vitesses de propagation de fissure de fatigue simulées en présence d'hydrogène sont comparées à celles obtenues expérimentalement. La capacité du modèle à évaluer les contributions respectives des mécanismes d'endommagement (HELP, HEDE) dans la dégradation de la résistance à la fissuration de l'acier étudié est discutée.

Les outils et méthodes introduits dans cette thèse sont bases sur l'utilisation du concept de surfaces associées technologiquement et topologiquement (satt). Apres un état de l'art du tolérancement, le nouveau concept de pseudo-satt est présente. Il permet de construire une structure satt généralisée avec boucles de contacts en relation avec la déclaration du spécificateur. Des lois de comportement géométrique et fonctionnel sont alors générées en utilisant les paramètres de petits déplacements associes au concept de satt. Une première simulation au pire des cas est proposée en appliquant les lois de comportement pour générer des équations et inéquations au tolérancement et jeux fonctionnels. Une deuxième simulation statistique est proposée toujours en appliquant les lois de comportement pour générer des équations statistiques sous contraintes de spécifications avec attributs statistiques en relation avec la norme iso.

Les systèmes d'aide à la conception en ingénierie doivent opérer sur un processus caractérisé principalement par sa dépendance vis-à-vis de la géométrie, l'élaboration de plusieurs versions différentes et l'utilisation de deux méthodologies ascendante et descendante. Face à ces exigences encore plus fortes dans les phases préliminaires qui nous intéressent, les outils issus de la CAO bien implantés en milieu industriel sont suffisants. Certaines de leurs limitation (représentation des connaissances et faculté de raisonnement) peuvent être comblées par les générateurs de systèmes experts (GSE). Le travail présenté propose donc une approche d'intégration. Il concerne la conception et la réalisation d'un environnement multiagent appelé ANAXAGORE assurant la coopération d'un GSE et des outils spécialisés de CAO. L'intégration est réalisée à trois niveaux : intégration des divers points de vue d'un objet dans le GSE, intégration d'outils existants dans un même environnement, exploitation flexible des outils spécialisés de CAO en fonction du cycle de vie du produit. Cette étude a abouti à une architecture logicielle originale dont les composantes spécifiques élaborées offrent un enrichissement sémantique sur le plan représentation des connaissances (multi-configuration et multi-représentation) et une gestion de la communication paramétrable garante de l'indépendance des outils CAO utilisés. L’environnement ANAXAGORE constitue une étape importante dans l'étude d'environnements flexibles d'assistance intelligente adaptés au processus de conception en ingénierie

Le travail mené dans le cadre de cette thèse porte sur l’évaluation de la sensibilité à la fissuration assistée par l’environnement (FAE) d’aciers mis en œuvre pour le stockage géologique profond des déchets radioactifs selon un concept multi-barrières. On s’intéresse ici aux aciers faiblement alliés du conteneur et du chemisage qui seront placés dans des micro-tunnels creusés dans la roche à 500 mètres de profondeur. Le concept actuel prévoit un matériau de remplissage cimentaire entre l’argile et le chemisage afin de neutraliser l’acidité potentielle issue de la re-saturation en eau de la roche après le forage. Malgré la présence d’un milieu peu agressif (pH proche de la neutralité, faible teneur en carbonate), le choix des aciers a été dicté par leur sensibilité à la corrosion et à la FAE, qui est caractérisée dans ce travail. Les microstructures ferrito-perlitiques en bande ont ainsi été éliminées au profit de structures plus homogènes et deux aciers de référence ont été définis : l’API 5L X65 (ferrite-bainite) pour le chemisage et le P285NH (ferrite-perlite) pour le conteneur. Ces études ont également montré la formation de couches de produits de corrosion principalement composées de sidérite et de magnétite conférant une pseudo-passivité. Le caractère protecteur de ces couches vis-à-vis de la fissuration a été étudié et validé, sur la base d’une élaboration de couches représentatives par voie électrochimique. Enfin, les aciers de référence ont été caractérisés du point de vue de leur sensibilité à la corrosion et à la FAE en milieu cimentaire. Ils n’ont alors pas montré de sensibilité particulière du point de vue de la fissuration dans ces conditions, où la corrosion sous dépôt semble être la forme la plus présente en milieu aéré. Néanmoins, l’influence de la présence de faibles teneurs en oxygène dans le concept de stockage doit encore être explorée
The aim of the work is to assess the susceptibility to environmental assisted cracking (EAC) of steels used for the deep geological storage of radioactive waste. The storage concept is based on the encapsulation of the waste in a carbon steel containers then placed in micro-tunnels drilled 500 meter deep in Clay. These micro-tunnels are built with a micro-alloyed casing steel. Recently, the storage concept has evolved with the injection of a cementitious bentonite grout between the clay and the casing to balance the potential acidity resulting from the excavation of the micro-tunnels and the gradual saturation of rock with water. Effect of this grout on the risk of corrosion and EAC is also evaluated in the PhD work. In the mild disposal environment considered (pH close to neutrality, low carbonate content), formation of a corrosion product scale composed of siderite and magnetite has been identified. This scale leads to a pseudo-passive state of both steel grades with thus a possible risk of EAC. The risk of EAC was thus first studied and a material selection for the disposal concept was thus first made accordingly. The protective nature of the siderite/magnetite corrosion scale was then studied and reproduced in laboratory using electrochemical techniques. This work allowed for the evaluation of the resistance of each selected steel with respect to general corrosion and EAC. The results did not underlined significant cracking susceptibility of the considered steel grades. Under deposit corrosion seems to be the main form of attack in aerated waste disposal environments but the influence of the presence of low oxygen levels has to be further explored

Le titane entre comme element de base dans des alliages presentant une resistance mecanique specifique elevee notamment a haute temperature. Ces alliages sont tres utilises dans le domaine aeronautique, en particulier pour la fabrication de turbomachines. L'augmentation des temperatures de fonctionnement necessaires a l'accroissement des performances, necessite une caracterisation de ces alliages en fatigue afin de s'assurer de leur stabilite structurale en service. L'influence de la temperature, de l'ambiante a 500c, en fissuration par fatigue est etudiee sur plusieurs alliages de titane et en particulier sur un alliage de nouvelle generation. Il est montre que lorsque la temperature augmente, ces alliages, lorsqu'ils sont soumis a des sollicitations cycliques, presentent une degradation importante de leur resistance tout particulierement a 500c. Des essais de reference sous vide et sous environnements controles ont permis d'attribuer cet effet particulierement nefaste a l'action de la vapeur d'eau. Une modelisation de la propagation des fissures en fatigue a chaud et tenant compte de l'influence de l'environnement est proposee

Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales) s’échoue depuis de nombreuses années sur la presqu’île de Rhuys dans le sud de la Bretagne. À hauteur de plus de 2 000 tonnes par an, ces arrivées massives d’algues causent de réels problèmes écologiques et économiques pour les communes du littoral breton. L’objectif des travaux de recherche a été d’étudier S. chordalis, dans l’optique de proposer une gestion raisonnée voire durable de cette biomasse ainsi que des perspectives d’applications. Les résultats d’un suivi mensuel de l’algue d’octobre 2013 à octobre 2015 ont montré une variation saisonnière de la biomasse sur l’estran, de la morphologie macro- et microscopique, du taux de matière sèche et de la composition biochimique de l’espèce. En fonction des facteurs saisonniers environnementaux, il est désormais possible d’estimer la quantité et la composition biochimique de l’algue et de proposer des applications. Le procédé d’Extraction Assistée par Enzymes pour ses avantages écologiques, sa spécificité et pour son efficacité catalytique a été choisi pour la production d’extraits hydrosolubles antiviraux, antibactériens et immunostimulants. La protéase commerciale Alcalase permet d’augmenter significativement de 30 % la quantité de composés hydrosolubles disponibles, par rapport à une extraction sans enzyme. Près de 60 % de la matière sèche de l’algue a été liquéfiée et solubilisée après optimisation des paramètres d’extraction. Les extraits hydrosolubles produits en présence d’enzymes ont montré des activités anti-herpétiques (CE50 de 86,0 à 145,9 µg/mL), sans montrer de cytotoxicité sur les cellules saines. L’activité immunostimulante a été évaluée en utilisant le modèle de pathogénicité Caenorhabditis elegans – Pseudomonas aeruginosa. L’application d’extraits hydrosolubles de S. chordalis prolonge l’espérance de vie du nématode infecté par la bactérie pathogène, notamment en stimulant l’expression de certains gènes de son système immunitaire (zk6.7, spp-1, f28d1.3 et f38a1.5). Les extraits produits présentent donc des activités antivirales et immunostimulantes intéressantes qui permettent d’envisager des applications dans divers domaines
These last decades, Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales), a red and proliferative macroalga appears every year in south of Brittany on the peninsula of Rhuys. It is a question of removing more than 2 000 tons of red seaweeds, mainly composed of S. chordalis. These proliferations represent a true ecological problem and an economic constraint for the affected communities. This project aims to study S. chordalis in order to find a way to add more value to this seaweed by proposing a rational and sustainable management as well as potential applications. From October 2013 to October 2015, S. chordalis was collected monthly. Results have shown seasonal variations of the biomass on the shores, in the macro- and microscopic morphologies, in the dry matter rate and in the biochemical composition. In relation with the seasonal environmental factors, it is now possible to estimate the quantity and the biochemical composition of the seaweed and to propose potential applications. With characteristics of high catalytic efficiency, specificity, the environmental-friendly process of Enzyme-Assisted Extraction was chosen to produce water- soluble extracts with antiviral, antibacterial and immunostimulant activities. The commercial protease Alcalase improved the extraction yield with a significant gain of 30 % of the water-soluble and free compounds compared to an extraction without the action of enzymes. Almost 60 % of the dry matter of algae was liquefied and water-solubilized after the optimization of extraction parameters. Water-soluble extracts produced after the action of enzymes have shown anti- herpetic activities (EC50 from 86.0 to 145.9 µg/mL) and no cytotoxicity was detected. The immunostimulant activity was evaluated by using the pathogenicity model Caenorhabditis elegans Pseudomonas aeruginosa. The life span of infected nematods by pathogen bacteria increased after the application of water-soluble extracts from S. chordalis. Some immune genes of C. elegans were stimulated (zk6.7, spp-1, f28d1.3 and f38a1.5). Produced extracts present antiviral and immunostimulant activities that allow to anticipate applications for diverse domains

Nous avons etudie le role des parametres microstructuraux dans les processus d'endommagement par fatigue de l'alliage betacez (ti-5al-2sn-4zr-4mo-2cr-1fe), alliage de titane riche en elements betagenes dont le forgeage en beta genere des structures lamellaires de type alpha (w + gb). Ce travail s'inscrit dans un objectif d'optimisation des microstructures vis a vis de la tenue en fatigue du betacez. Au cours de cette etude nous nous sommes interesses au domaine de la fatigue oligocyclique 10#2-10#5 cycles en explorant plus particulierement le domaine pseudo-elastique dans lequel le role de la microstructure sur la resistance a la fatigue est tres marque. Pour les fortes amplitudes de sollicitation (fatigue plastique), nous avons analyse l'evolution des parametres mecaniques cycliques (contraintes ou deformations plastiques) dans les differentes structures de betacez et leur relation avec la duree de vie entre 20c et 500c. Dans le domaine pseudo-elastique, un grand interet a ete porte aux conditions microstructurales gouvernant l'amorcage et la croissance des fissures en examinant egalement l'influence de la temperature (20c-300c) et de l'environnement (air-vide) sur la resistance a la fatigue. Une modelisation des cinetiques de croissance des petites fissures a ete proposee, en tenant compte des caracteristiques mecaniques et des dimensions des parametres microstructuraux des differents materiaux

La première partie de ce document décrit mon parcours professionnel, la seconde synthétise les activités de recherche menées depuis 2005. Ces activités de recherche portent sur l'étude du comportement des matériaux et sur la caractérisation des interactions " Produit - Procédé - Environnement - Matériau ". Lors de la mise en œuvre ou de l'utilisation d'un produit, des couplages apparaissent entre les sollicitations (thermomécaniques ou d'environnement) et la microstructure, qui influencent fortement la réponse immédiate ou à long terme du matériau et donc de la structure. L'objectif est de pouvoir caractériser ces couplages et de proposer et valider des lois de comportement et des critères de ruine, y compris pour des sollicitations complexes ou de fatigue. L'accent est mis en particulier sur l'accélération des démarches de caractérisation, qu'il s'agisse de fatigue ou d'effets d'environnement. Ces démarches s'appliquent de manière moyenne sur le volume considéré mais permettent également d'investiguer les différentes échelles impliquées, des mécanismes physiques à la réponse de la structure, au travers de la caractérisation des gradients de propriétés microstructurales et thermomécaniques.

Cette étude est consacrée à l'analyse du comportement et de l'endommagement en fatigue, dans l'air et dans deux solutions salines avec polarisation cathodique (une solution 3,5% NaCl et de l'eau de mer), d'un acier à haute limite d'élasticité (SE702) utilisé dans le domaine offshore. Une attention particulière est portée à la détermination des mécanismes et des cinétiques d'amorçage et de propagation des fissures de fatigue. Le comportement en fatigue du SE702 est caractérisé par les durées de vie et les vitesses de propagation des fissures naturelles. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus dans un vide secondaire, ce qui permet de découpler les effets d'environnement des effets mécaniques. Cette comparaison permet également de préciser les mécanismes d'action des différentes espèces actives. L'effet néfaste de l'air est attribué à une action conjointe de l'oxygène et de la vapeur d'eau alors que l'effet des milieux salins est dû à l'hydrogène généré par la protection cathodique
This study is devoted to the analysis of fatigue resistance and damage in several environments, the air and two saline solutions with cathodic polarisation (a 3,5% NaCl solution and natural seawater), of a high strength steel (SE702) used in offshore structures. A detailed attention was paid to the determination of mechanisms and kinetics of crack initiation and propagation. The fatigue behaviour of the SE702 was characterised by fatigue lives and crack growth rates of self-initiated cracks. These results were compared with those obtained in a secondary vacuum, so that it enables to separate the effects of environment from the mechanical effects. Moreover, the comparison of the results obtained in the different environments made it possible to specify the action mechanisms of the various active species. The harmful effect of the air is allotted to a joint action of oxygen and water vapour whereas the effect of the saline solutions is due to the hydrogen generated by cathodic protection

Cette etude est consacree a l'analyse de l'effet d'environnement mis en evidence, en chargement monotone et en chargement cyclique, dans des alliages bases sur les composes intermetalliques feal et tial. Une attention particuliere est portee au couplage entre effet d'environnement et sollicitation mecanique. Les influences respectives de l'oxygene et de la vapeur d'eau sont etudiees a partir d'une caracterisation detaillee du comportement en traction et en fissuration par fatigue pour differentes conditions d'environnement et de temperature. La vapeur d'eau est identifiee comme etant l'espece active a temperature ambiante dans les deux cas de chargement. Elle semble egalement etre un facteur determinant en propagation par fatigue a haute temperature. L'oxygene, capable de prevenir cet effet d'environnement en chargement monotone dans les alliages feal et tial, et en chargement cyclique dans les alliages feal, n'interagit pas avec la vapeur d'eau en chargement cyclique dans l'alliage ti-48al-2mn-2nb a 20\c comme a 500\c. En chargement monotone, sous air, la propagation assistee par l'hydrogene est identifiee comme mecanisme de rupture. Un modele est propose pour predire les effets de l'environnement sur les valeurs de ductilites. En chargement cyclique, le regime assiste par l'adsorption de la vapeur d'eau est preponderant a temperature ambiante comme a temperature elevee. Une analyse theorique couplee a l'observation des structures de dislocations dans la zone plastifiee en pointe de fissure permet une modelisation des cinetiques de la propagation assistee par l'adsorption.

La corrosion sous contrainte (CSC) est un phénomène synergique d'endommagement qui résulte d'un processus de corrosion (dissolution, adsorption) et d'une rupture mécanique (fissuration). Les mécanismes de couplage mécano-électrochimique en pointe de fissure nécessaires à la compréhension du phénomène sont encore mal connus puisqu'ils dépendent du système d'étude (métal/milieu agressif) et font intervenir de nombreux facteurs mécaniques et électrochimiques. Dans cette thèse, nous nous proposons d'étudier les interactions réciproques entre la dissolution et l'état de contrainte mécanique en pointe de fissure (facteurs d'intensité des contraintes) pour le cas du Zircaloy-4 en milieu aqueux halogéné. Les éprouvettes sont d'abord pré-fissurées par fatigue à l'air avec la technique du Load-Shedding, ce qui permet alors de maîtriser le facteur d'intensité des contraintes résiduel de pré-fissuration par fatigue. Ensuite, une pré-oxydation thermique est réalisée pour produire une couche de film passif sur les surfaces de l'éprouvette. Les réactions électrochimiques sont alors concentrées en pointe de fissure qui induit également une concentration des effets mécaniques. Des techniques de corrélation d'images sont développées dans le but d'identifier les facteurs d'intensité des contraintes et d'estimer la longueur de fissure en temps réel. Ainsi des essais originaux de CSC, permettant d'imposer les facteurs d'intensité en pointe de fissure, sont conduits et les résultats montrent alors clairement les effets synergiques entre l'évolution des mesures mécaniques et des courants de dissolution. D'autre part, l'existence d'un facteur d'intensité des contraintes seuil de propagation en CSC, présentant une forte dépendance à l'histoire de chargement et à la variation de l'état de contrainte locale en pointe de fissure (variation des facteurs d'intensité des contraintes), est mise en évidence. Ceci montre alors que la plasticité doit évoluer pour que la dissolution se produise. Ainsi, le temps caractéristique d'arriver de nouvelles dislocations en pointe de fissure ne doit pas dépasser la durée caractéristique des réactions de passivation. Enfin sur la base des résultats expérimentaux, un modèle de loi de propagation phénoménologique de fissure en CSC est proposé et ses paramètres sont identifiés et validés à partir de différents essais de CSC.

Le principal défi auquel sont confrontés aujourd'hui les équipementiers aéronautiques est d'augmenter l'utilisation des systèmes électriques à bord de l'avion. De nos jours, le remplacement des systèmes hydrauliques par des actionneurs électriques conduit à placer les systèmes électriques dans un environnement hostile, par exemple dans la nacelle du moteur. L'équipement est soumis à des contraintes sévères telles que des températures élevées et basses, un cycle thermique étendu, une humidité élevée et une basse pression. En conséquence, des efforts doivent être faits pour réduire le poids et le volume du convertisseur de puissance sans perdre ses performances. Pour atteindre cet objectif, la conception de modules de puissance doit permettre un haut niveau d'intégration, d'efficacité et de fiabilité. On s’intéresse en particulier aux dommages causés par la fatigue qui ont une influence significative sur les performances électriques de ces modules. Les tests de performance liés à la fatigue restent des efforts coûteux pour l'équipement aéronautique. Un nombre fini de tests destructifs, par vieillissement accéléré, peut être effectué pour un nombre assez faible de configurations. Le but de ces tests est d'étudier les modes de défaillance apparaissant lors du vieillissement accéléré. Par conséquent, des simulations numériques ont été envisagées, facilement évolutives et utilisables pour un grand nombre de configurations, mais nécessitant des données d'essais expérimentaux. Dans ce manuscrit, quelques modes de défaillances sont étudiés. On propose une méthode numérique intégrant les contraintes principales dans les équipements, à savoir la simulation électrique, thermique et mécanique. Ces trois problèmes physiques ont des temps caractéristiques différents et sont fortement couplés avec un comportement non trivial. Pour optimiser l'utilisation des ressources et avoir une représentation pertinente du problème, un procédé couplé électrique 1D / thermique 3D / mécanique 3D a été implémenté sur un bus de cosimulation. Différents pas de temps, différents niveaux d'abstraction et différentes compétences sont utilisés pour fournir un modèle multiphysique de modules de puissance
Today’s main challenge for aeronautical equipment manufacturers is to respond to the more electrical aircraft regulations. Moreover, there are many applications in aircraft area where high temperature technologies are needed. Nowadays, the replacement of hydraulic systems for electric ones leads to place the power inverters in a harsh environment, for example in the engine nacelle. The equipment is under high constraints such as high and low temperatures, wide temperature cycling, high humidity and low pressure. Combined to these environmental constraints, the new aircraft system is submitted to weight and operating cost reduction. As a consequence, efforts shall be done to reduce weight and volume of the power converter without losing its performance. To reach such a goal, the design of the converter must enable a high level of integration, efficiency and reliability. In particular, fatigue damage has a significant influence on such modules electrical power performance. And fatigue-related performance testing remains a costly endeavor for aeronautical equipment. A finite number of destructive tests can be carried out in specific facilities for a fairly low number of configurations. The purpose of these destructive tests is to investigate the failure modes appearing regarding this accelerated ageing. Therefore numerical simulations have been envisaged since non-destructive, easily evolving and usable for a high number of configurations, though needing data from experimental assays. In this study, we propose a method dealing with the main constraints for such equipment, i.e. electrical, thermal and mechanical simulation. Those three physical problems have different characteristic time and are strongly coupled with a non-trivial behavior. To optimize the resources usage and have a relevant representation of the problem, a 1D electrical / 3D thermal / 3D mechanical coupled method has been implemented over a co-simulation bus. Different time steps, different abstraction levels and different skills are used to provide predictions of the multiphysical fatigue behavior of power modules

Dans le but d’atteindre une conception intégrée des pièces de structure automobile, une première étape du chaînage numérique est mise en place dans ces travaux de thèse commençant par la mise en forme du matériau et jusqu’à la prédiction de la durée de vie de la pièce formée. L’emboutissage de godet cylindrique est considéré comme une référence capable de retranscrire les trajets complexes de déformation intervenant lors de la fabrication de pièces industrielles. Le matériau sélectionné est un acier dual phase DP600 à haute résistance couramment utilisé pour ce type d’application dans l’industrie automobile. Le comportement de ce matériau est tout d’abord caractérisé pour des trajets de déformation linéaires, non-linéaires et cycliques afin de calibrer une loi de comportement avancée, dédiée à l’emboutissage, et un critère de fatigue. L’emboutissage en une et deux étapes de godets cylindriques est réalisé expérimentalement et analysé en détails grâce aux mesures du champ de déformation et des contraintes résiduelles. Une comparaison de ces différents éléments avec les prédictions numériques permet de mettre en évidence les différents trajets de déformations intervenant lors des deux procédés et d’analyser leurs influences. Numériquement, l’état final et particulièrement les champs de contraintes et de déformations obtenus après emboutissage et retour élastique sont utilisés en entrée de la simulation du chargement en fatigue. Une méthode simplifiée, basée sur l’adaptation de critères uniaxiaux pour des chargements multiaxiaux, est ensuite utilisée pour estimer la durée de vie des godets
In order to reach an integrated design of car body components, a first step towards an end-to-end chain of simulations is established in this thesis beginning with the sheet metal forming process until the service life prediction of the formed part. The deep drawing of cylindrical cup in one or two stages is considered as a reference able to reproduce complex strain paths occurring during the manufacturing of industrial parts. The selected material is a DP600 dual phase steel with high strength and commonly used for this kind of application in the automotive field. The material behavior is firstly characterized for linear, non-linear and cyclic strain paths in order to calibrate an advanced constitutive law dedicated to sheet metal forming and a fatigue criterion. The deep drawing in one and two stages is experimentally performed and analyzed with measures of the strain field and the residual stresses. A comparison of these different elements with numerical predictions is carried out to highlight the occurrence of strain path changes and their influence. Numerically, the final state and particularly the strain and stress fields obtained after deep-drawing and springback are used as inputs in the fatigue loading simulation. A simplified method, based on the adaptation of uniaxial criteria to multiaxial loads, is then used to estimate the service life of cylindrical cups