Tesi: "Simulations de rupture ductile"

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Buljac, Ante. "Compréhension, observation et quantification des mécanismes de rupture ductile par imagerie 3D". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLN036/document.

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Abstract (sommario):

Au cours des dernières décennies, des efforts importants ont été menés dans la modélisation des processus de rupture ductile entraînant des progrès substantiels. Cependant, la compréhension complète des mécanismes de rupture ductile dans des états de contraintes spécifiques demeure une question ouverte. Ceci est dû au manque de bases des données expérimentales et à la non validation des modèles pour ces conditions de chargement. Dans ce travail, les acquisitions de données sont principalement obtenues en utilisant la laminographie, ce qui rend possible l'imagerie de régions d'intérêt d'échantillons plats. L'utilisation d'éprouvettes larges (et minces) permet de générer différents états de contraintes et des conditions aux limites pertinentes pour l'ingénierie, qui ne pouvaient pas être évaluées jusqu'à présent en trois dimensions et en essais in-situ à des échelles micrométriques. La corrélation d'images volumiques (DVC) est utilisée pour mesurer les champs de déplacement à l'intérieur des échantillons en acquérant des images de laminographie 3D. Deux classes de matériaux représentatives de deux modes génériques de rupture ductile ont été examinées, à savoir les alliages d'aluminium (rupture par instabilité) et la fonte à graphite sphéroïdal (rupture par croissance de vide et coalescence).L'observation de la microstructure et les interactions déformations-endommagement pour différentes géométries d'échantillons et pour différents niveaux de triaxialité des contraintes associés ont été étudiées pour des alliages d'aluminium à une résolution micrométrique. De plus, un cadre combiné numérique-expérimental (DVC-FE) est introduit pour valider les simulations numériques à l'échelle microscopique pour la fonte à graphite sphéroïdal. Les simulations par éléments finis (FE), qui représentent la microstructure des matériaux étudiés, sont conduites avec des conditions aux limites de Dirichlet extraites des mesures DVC. Enfin, le cadre DVC-FE a été amélioré et utilisé comme une procédure d'identification intégrée pour l'étude du comportement élasto-plastique de la matrice ferritique de la fonte, non seulement en termes de champs cinématiques induits par la microstructure aléatoire, mais aussi avec les niveaux de charge globaux
In the last few decades significant efforts have been made in modeling ductile failure processes resulting in substantial progress. However, the full understanding of ductile failure mechanisms under specific stress states still remains an open question. This is partly due to missing experimental data and validation of models for such loading conditions.In this work, data acquisitions are mainly obtained by using laminography, which makes the imaging of regions of interest in flat samples possible. The use of large (and thin) specimens allows various stress states and engineering-relevant boundary conditions to be generated, which could not be assessed in three dimensions and in-situ at micrometer scales before. Digital Volume Correlation (DVC) is used for measuring displacement fields in the bulk of samples by registering 3D laminography images. Two material classes that are representative of two generic modes of ductile failure have been examined, namely, Al-alloys (failure by instability) and cast iron (failure by void growth and coalescence). The observation of microstructure and strain-damage interactions at micrometer resolution for various specimen geometries and associated levels of stress triaxiality are studied for Al-alloys. Additionally, a combined computational-experimental (DVC-FE) framework is introduced to validate numerical simulations at the microscopic scale for nodular graphite cast iron. Finite Element (FE) simulations, which account for the studied material microstructure, are driven by Dirichlet boundary conditions extracted from DVC measurements.Last, the DVC-FE framework is upgraded to an integrated identification procedure to probe elasto-plastic constitutive law of the cast iron ferritic matrix not only in terms of kinematic fields induced by the random microstructure but also by overall load levels

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Forster, Charles. "Contribution à l'étude de la rupture ductile des structures élastoplastiques". Compiègne, 1995. http://www.theses.fr/1995COMPD784.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ce travail est de simuler la ruine des structures élastoplastiques ductiles. Dans une première partie, on présente un modèle élastoplastique endommageable en transformations finies. Écrit dans le cadre de la thermodynamique des milieux continus et de la mécanique de l'endommagement continu, il s'appuie sur une hypothèse d'équivalence en énergie totale pour définir les variables effectives et permet de décrire des écrouissages isotropes et cinématiques non-linéaires. En deuxième partie, on adapte et développe un programme informatique permettant de simuler la ruine des structures. Il s'appuie sur une formulation implicite et incrémentale du problème. L'intégration des équations différentielles fortement non-linéaires de la relation de comportement est particulièrement développée. Des exemples sont traités en troisième partie. Ils démontrent la capacité de l'approche à décrire la rupture ductile des structures, et à capter les phénomènes de localisation dûs au dommage. En quatrième partie, on développe de manière succincte les aspects théoriques lies aux problèmes de localisation.

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Taherzadehboroujeni, Mehrzad. "Lifetime Estimation for Ductile Failure in Semicrystalline Polymer Pipes". Diss., Virginia Tech, 2019. http://hdl.handle.net/10919/91901.

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Abstract (sommario):

The aim of this study is to develop a combined experimental and analytical framework for accelerated lifetime estimates of semi-crystalline plastic pipes which is sensitive to changes in structure, orientation, and morphology introduced by processing conditions. To accomplish this task, high-density polyethylene (HDPE) is chosen as the exemplary base material. As a new accelerated test protocol, several characterization tests were planned and conducted on as-manufactured HDPE pipe segments. Custom fixtures are designed and developed to admit uniaxial characterization tests. The yield behavior of the material was modeled using two hydrostatic pressure modified Eyring equations in parallel to describe the characterization test data collected in axial tension and compression. Subsequently, creep rupture failure of the pipes under hydrostatic pressure is predicted using the model. The model predictions are validated using the experimental creep rupture failure data collected from internal pressurization of pipes using a custom-designed, fully automatic test system. The results indicate that the method allows the prediction of pipe service lifetimes in excess of 50 years using experiments conducted over approximately 10 days instead of the traditional 13 months. The analytical model is joined with a commercial finite element package to allow simulations including different thermal-mechanical loading conditions as well as complicated geometries. The numerical model is validated using the characterization test data at different temperatures and deformation rates. The results suggest that the long-term performance of the pipe is dominated by the plastic behavior of the material and its viscoelastic response is found to play an insignificant role in this manner. Because of the potential role of residual stresses on the long-term behavior, the residual stress across the wall thickness is measured for three geometrically different HDPE pipes. As expected, the magnitude of tensile and compressive residual stresses are found to be greater in pipes with thicker walls. The effect of the residual stress on the long-term performance of the pipes is investigated by including the residual stress measurements into the numerical simulations. The residual stress slightly accelerates the failure process; however, for the pipe geometries examined, this acceleration is insignificant.
Doctor of Philosophy
The use of plastic pipes to carry liquids and gases has greatly increased in recent decades, primarily because of their moderate costs, long service lifetimes, and corrosion resistance compared with materials such as corrugated steel and ductile iron. Before these pipes can be effectively used, however, designers need the capability to quickly predict the service lifetime so that they can choose the best plastic material and pipe design for a specific application. This capability also allows manufacturers to modify materials to improve performance. The aim of this study is to develop a combination of experiments and models to quickly predict the service lifetime of plastic pipes. High-density polyethylene (HDPE) was chosen as the plastic material on which the model was developed. Several characterization tests are planned and conducted on as-manufactured HDPE pipe segments. The yielding behavior of the material is modeled and the lifetime predictions are evaluated. The predictions are validated by experimental data captured during pipe burst tests conducted in the lab. The results indicate that the method allows the accurate prediction of pipe service lifetimes in excess of 50 years using experiments conducted over approximately 10 days instead of the traditional 13 months, resulting in significant savings in time (and consequently costs) and making it possible to introduce new materials into production more rapidly.

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Chen, Youbin. "Modélisation de la rupture ductile par approche locale : simulation robuste de la déchirure". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM038/document.

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Abstract (sommario):

Cette étude a pour objectif principal d’établir une stratégie de modélisation robuste, fiable et performante pour décrire des propagations de fissures d’échelle centimétrique en régime ductile dans des composants industriels. Le modèle d’endommagement de GTN écrit en grandes déformations est utilisé pour modéliser l’endommagement ductile. Ce modèle conduit généralement à une localisation de la déformation, conformément à l’expérience. L’échelle caractéristique de ce phénomène est introduite dans les équations de comportement via l’adoption d’une formulation non locale.Sur le plan numérique, ce modèle non local rend bien compte de la localisation dans une bande d’épaisseur donnée lorsqu’on raffine suffisamment le maillage. Par ailleurs, le problème de verrouillage numérique associé au caractère initialement isochore de la déformation plastique est limité en utilisant une formulation à base d’éléments finis mixtes. Enfin, la distorsion des éléments totalement cassés (i.e. sans rigidité apparente), qui pourrait nuire à la bonne convergence des simulations numériques, est traitée par une régularisation viscoélastique.L’ensemble de ces ingrédients sont appliqués pour simuler la propagation de fissure dans un milieu infini plasticité confinée), de sorte à établir un lien avec les approches globales en J-Δa. L’émoussement, l’amorçage et la (grande) propagation de fissure sont bien prédits. Le modèle est également appliqué à une tuyauterie métallique testée en grandeur réelle dans le cadre du projet européen Atlas+. Après une phase d’identification des paramètres sur éprouvette, les réponses globales et locales d’autres éprouvettes et du tube sont confrontés aux résultats expérimentaux. Ces résultats illustrent le degré de robustesse, de fiabilité et de performance qu’on peut attendre du modèle
The major goal of this work is to establish a robust, reliable and efficient modeling technique so as to describe ductile tearing over a distance of several centimeters in industrial cases. The GTN damage model expressed in the context of finite strains is chosen to model ductile damage. Generally, the model leads to strain localization in agreement with experimental observations. The characteristic length scale of this phenomenon is introduced into the constitutive equations through the use of a nonlocal formulation.On a numerical ground, the nonlocal model controls the width of the localization band as soon as the mesh is sufficiently refined. Besides, the issue of volumetric-locking associated with plastic incompressibility is handled using a mixed finite element formulation. Finally, the distortion of broken elements (i.e. without any stiffness), which may affect the computational convergence of numerical simulations, is treated using a viscoelastic regularization.The improved GTN model is applied to simulate crack propagation under small-scale yielding conditions, so as to establish a relation with the global (J-Δa) approach. Crack tip blunting, crack initiation and (large) crack propagation are well captured. The model is also applied to a full-scale metallic pipe in the framework of the UE project Atlas+. After a phase of parameter calibration based on the experimental results on some small specimens, the global and local responses of other small specimens and of the full-scale pre-cracked pipe are compared with the experimental results. The results illustrates the robustness, the reliability and the efficiency of the current model

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Benzerga, Ahmed Amine. "Rupture ductile des tôles anisotropes. Simulation de la propagation longitudinale dans un tube pressurisé". Paris, ENMP, 2000. http://www.theses.fr/2000ENMP1067.

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Abstract (sommario):

Les aciers à usage gazier sont en général ferrito-perlitiques. En particulier, les tôles laminées présentent une anisotropie de plasticité de nature cristallographique et une anisotropie de rupture. La phénoménologie de l'endommagement ductile révèle une anisotropie initiale liée à la forme des inclusions MnS et une anisotropie induite qui traduit l'évolution de la forme des cavités et/ou de leur orientation. Trois modes de coalescence sont observés: la striction interne, la coalescence en bande et la coalescence en "chapelet". Ce dernier mode est observé en traction selon la direction de laminage. La ccalescence en bande est favorisoe par la rotation des cavités, en traction hors-axes. La propagation fait intervenir essentiellement le mode de coalescence par striction interne. Cependant le mécanisme de propagation change en fonction de l'état de contrainte et du confinement plastique. La modélisation s'inscrit dans un cadre micromécanique. L'anisotropie de plasticité est introduite en étendant l'analyse de Gurson à des matériaux orthotropes obéissant au critère de Hill. Ensuite, la forme des cavités est introduite via le modèle de Gologanu-Leblond. La coalescence par striction interne est modélisée en utilisant un critère de charge limite. Pendant le régime de post-coalescence, la surface de charge est donnée par ce dernier critère, et l'évolution des paramètres internes est déduite d'une cinématique propre au mode de déformation localisé. Le modèle, implanté dans le code ZéBuLoN, est utilisé pour prédire la rupture des barreaux entaillés. Comme le modèle n'utilise pas de paramètre ajustable, une analyse inclusionnaire est nécessaire afin d'estimer la fraction volumique, la forme et l'espacement entre inclusions. Une deuxième application discute le mode de rupture en déformation plane. Les résultats obtenus suggèrent un effet coujugué de l'anisotropie de plasticité et de la courbure de la surface de charge valable en post-coalescence.

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Bude, Jérémie. "Ductile fracture simulation using the strong discontinuity method". Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2243/document.

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Abstract (sommario):

Dans un contexte d’évaluation de la criticité des chargements, les travaux de thèse ont les objectifs suivants : prendre en compte les phénomènes sous-jacents à le rupture ductile : les phénomènes de dissipation volumique (plasticité et endommagement) et surfaciques (fissuration). On s'intéresse également à régulariser la solution vis-à-vis du maillage, à prédire le phénomène de transition de mode de rupture plan vers un mode de propagation oblique observé pour certains essais. La méthode utilisée est basée sur la méthode des discontinuités fortes. Un des enjeux majeurs de ces travaux est d’étendre son champ d'application au cadre de la modélisation de la rupture ductile, notamment en présence de plasticité et d'endommagement dans le volume. Une première partie des travaux est consacré à l'établissement d'un modèle en hypothèse de petites déformations, avec un modèle matériau de plasticité et d'endommagement couplé de Lemaitre pour le volume et un modèle cohésif endommageable pour le comportement surfacique. Les deux modes de rupture I et II ont été considérés dans les essais numériques. Des résultats montrant les capacités de régularisation de la méthode employée ont été présentés pour divers essais. Une seconde partie des travaux a été consacré à la formulation d'un modèle en hypothèse de grandes transformations, avec également des résultats probants en termes de régularisation de la dépendance à la taille de maille. Les deux éléments présentés ont été implémentés en formulation implicite et explicite, dans FEAP (Finite Element Analysis Program), logiciel académique développé à UC Berkeley par Taylor, et plus récemment dans le logiciel de calcul Eléments Finis Abaqus
In the context of loadings criticality analysis, the thesis work have the following objectives : to take into account the underlying phenomena to ductile fracture : the volumetrie (plasticity and damage) and surfacic (fracture) dissipativ mechanisms. We also aim at regularizing the solution with regards to meshing, predicting the transition from a straigh crack propagation to a slant fracture mode observed for certain tests. The chosen method relies on the stron discontinuity method. One of the major challenges of this work is to extend its framework to the ductile fractur modeling framework, by accounting for plasticity and damage in the bulk. The first part of this work is dedicated to th establ'ishment of a model in small strain hypothesis, with a material model that takes into account coupied plasticity an damage in the QUik and a damageable model for the cohesive surfacic behavior. Both modes 1 and Il have been taken int) account in thnumerical examples. Results attesting the regularizing capabilities of the method are presented fo different tests. The second part of this work is dedicated to the formulation of a finite strain mode!, and results showin the good regularizing capabilities of the method are also shown. Both elements have been implemented in FEAP (Finit Element Analysis Program), an academie software developed at UC Berkeley by Taylor, and more recently in the finit element software Abaqus

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Bron, Frédéric Charles André. "Déchirure ductile des tôles minces en alliage d'aluminium 2024 pour application aéronautique". Paris, ENMP, 2004. http://www.theses.fr/2004ENMP1207.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ce travail est la simulation par éléments finis de la déchirure ductile des tôles minces en alliage d'aluminium 2024. La méthode est basée sur l'approche locale de la rupture. Les observations métallographiques indiquent deux mécanismes de rupture. Si la pression hydrostatique est élevée, la rupture intervient par striction interne. Dans le cas contraire, la rupture intervient par localisation de la déformation en bande à 45 degrés. Dans les éprouvettes de fissuration Kahn et M(T), les mécanismes de rupture sont identiques. Les simulations sont basées sur une extension du modèle de Rousselier incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de porosités. Un nouveau critère de plasticité anisotrope est spécifiquement développé. Il s'agit d'une extension du critère de Karafillis et Boyce (1993). Le modèle est appliqué à deux nuances dont la teneur en particules intermétalliques est différente. Les paramètres sont ajustés sur de petites éprouvettes pour le matériau à haute pureté. La transférabilité est vérifiée sur les grands panneaux M(T). Le transfert vers le matériau ayant la plus forte teneur en particules intermétalliques est fait en modifiant la taille de maille dans le même rapport que l'espacement inter-particules. Le modèle est utilisé comme un outil numérique afin d'étudier les effets de la loi d'écrouissage, d'une pré-traction ou de l'anisotropie plastique sur la résistance à la propagation de fissure. Il est alors possible de proposer des voies d'amélioration du matériau
The purpose of this work is to develop a finite element simulation of ductile tearing of thin sheets in 2024 aluminum alloy. The method is based on the local approach to fracture. Metallurgical observations indicate two rupture mechanisms. If hydrostatic pressure is high, rupture arises by internal necking. In the opposite case, rupture arises by localization of deformation into a 45 degree slanted band. In Kahn and M(T) cracking samples, rupture mechanisms are identical. The simulations are based on an extension of the Rousselier model which includes the description of plastic anisotropy and void nucleation. A new anisotropic yield function is specifically developed. It is an extension of the yield function of Karafillis and Boyce (1993). The model is applied to two grades which have different volume fractions of intermetallic particles. The parameters are adjusted in the case of the high purity material on small specimens. The transferability is checked on large M(T) panels. The transfer to the material containing the highest amount of intermetallic particles is made by modifying the mesh size according to the ratio of the particle mean spacing. The model is used as a numerical tool to investigate the effects of plastic hardening, prestraining and plastic anisotropy on crack growth resistance. It is then possible to give guidelines for material improvement

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Dorothy, Hannah Lois. "Modélisation numérique de la rupture ductile dynamique par cisaillement adiabatique et micro-endommagement couplés". Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30176/document.

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Abstract (sommario):

Les matériaux à haute résistance, notamment les aciers et les alliages à base d'aluminium et de titane, sont largement utilisés dans l'aéronautique comme matériaux structuraux et de protection. Dans le cas de surcharges accidentelles impliquant des vitesses de chargement élevées et des conditions quasi adiabatiques, ces matériaux sont souvent sensibles au cisaillement adiabatique par bande. Les bandes de cisaillement adiabatique (BCA) sont des zones étroites de cisaillement intense qui résultent d'une instabilité thermomécanique et qui conduisent à une rupture prématurée du matériau. À un stade avancé du processus de localisation, des micro-cavités (MCs) ont été observées dans les BCAs. Ces MCs peuvent coalescer pour former des fissures et mener à la rupture de la structure. Ainsi, les mécanismes couplés d'ASB+MC agissent comme un précurseur à la rupture catastrophique et il est par conséquent important de modéliser numériquement leurs effets dans des structures soumises à des sollicitations à haute vitesse. Les BCAs apparaissent aussi dans certaines applications industrielles, telles que l'usinage à grande vitesse, où elles favorisent le festonnement du copeau. Un postulat de grande échelle est appliqué ici où la longueur caractéristique du volume élémentaire représentatif (VER) est plus grande que la largeur de bande, et non l'inverse comme fait communément. L'objectif du travail présenté est d'enrichir un modèle décrivant les effets des BCAs en prenant en compte les conséquences de l'endommagement par MC dans le processus progressif de la rupture. Les effets des BCAs et des MCs sur la réponse du VER sont doubles : cinématique, à savoir une déviation progressif de l'écoulement plastique dans le plan de la bande décrite via des gradients de vitesse induits par les BCAs et par les MCs; et matériel, à savoir une dégradation anisotrope des modules élastiques et plastiques décrite via des variables tensorielles d'ordre deux de détérioration induite par les BCAs et par les MCs. L'amorçage des BCAs est déterminé à partir d'une analyse linéaire de stabilité et celui des MCs par une valeur critique du taux de restitution d'énergie local. L'intérêt de ce modèle avancé est démontré par comparaison avec un modèle orienté application du type (1-D) où D est une variable de détérioration isotrope. Le modèle enrichi ASB+MC est implémenté comme matériau utilisateur dans le code de calculs commercial par éléments finis LS-DYNA. [...]
High strength metallic materials, notably steel and light-weight titanium and aluminium alloys, are widely used in aeronautical and other structures. In case of accidental overload involving high strain rates and quasi adiabatic conditions, these materials are often susceptible to adiabatic shear banding. The adiabatic shear bands (ASB) are intense shear localisation zones resulting from thermomechanical instability and provoking premature material failure. At an advanced stage of the localisation process, the ASBs have been shown to contain micro-voids (MV) which may coalesce to form cracks and ultimately lead to the fracture of the structure. Thus the coupled mechanisms of ASB+MV act as a precursor to catastrophic failure and it is consequently crucial to numerically model their formation and effects when dealing with structures submitted to high loading rates. The ASBs are also observed in industrial applications such as high speed machining where their formation favours the chip serration. A large scale postulate is used herein to obtain a global insight into the structural material response. The shear band cluster is indeed contained/ embedded within the representative volume element (RVE), and not the opposite as usually considered. The objective here is to enrich a model describing the ASB effects by taking into account the consequences of the micro-voiding within the progressive failure process. The effects of ASB and MV initiation and evolution on the RVE (material point) response are double: kinematic, namely a progressive deviation of the plastic flow in the band plane described via specific ASB and MV induced velocity gradients; and material, namely a progressive anisotropic degradation of the elastic and plastic moduli described via ASB and MV induced second order tensor deterioration variables. The ASB onset criterion is derived from the linear perturbation analysis and the MV is activated using a critical value for the local energy release rate. The interest of this advanced constitutive model is emphasised by comparison with an application oriented (1-D) model where D is a scalar damage variable. [...]

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Douziech, Jean-Luc. "Comportement et rupture d'un alliage d'aluminium silicium, AS7G03 : application : modélisation du comportement dynamique de support moteur,simulation de crash test". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0638.

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Abstract (sommario):

Le comportement dynamique de pièces de liaison entre les éléments mécaniques et la structure influe beaucoup sur le déroulement d'un choc (intrusion d'éléments dans l'habitacle, décélération au niveau des occupants). Afin d'optimiser les fonctions de ces pièces, on cherche à modéliser leur comportement lors d'un choc. L’élément qui nous intéresse relie la structure au groupe de moto-propulsion. Ces pièces, supports de moteur, sont de plus en plus souvent réalisées en alliages d'aluminium moulé. L’objectif de cette étude est la modélisation du comportement d'un support moteur sous sollicitation dynamique. Pour ce faire, il est nécessaire de bien connaitre le comportement et la rupture du matériau, l'AS7G03 qui est un alliage d'aluminium - silicium moulé. Nous avons examine l'influence de la composition chimique de l'alliage et notamment du fer sur le comportement du matériau. La structure de la pièce considérée étant complexe, les vitesses de refroidissement varient d'un point à l'autre. Il est donc important d'étudier l'influence de la vitesse de solidification sur la microstructure du matériau et donc sur ses propriétés mécaniques. En plus des paramètres de fabrication, nous avons étudié des paramètres mécaniques, à savoir l'effet des chargements multiaxiaux ainsi que l'effet de la vitesse de chargement. Pour connaitre l'influence de chargements multiaxiaux, nous avons réalisé des éprouvettes axisymétriques entaillées. Elles nous ont permis de déterminer que le critère de Rice et Tracey est bien adapté à la rupture de notre matériau. Nous avons étudié l'influence de la vitesse de sollicitation sur le comportement et la rupture du matériau en réalisant des essais à différentes vitesses, en particulier à l'aide du montage des barres de Hopkinton en compression et en traction. Un meilleur mode de dépouillement des essais dynamiques bases sur des calculs par éléments finis a été mis en place. De plus, l'instrumentation des éprouvettes axisymétriques entaillées a été améliorée. Des informations sur les mécanismes d'endommagement et de rupture ont été obtenues à l'aide de l'essai de traction de mini éprouvette dans l'enceinte d'un microscope électronique à balayage. L’endommagement débute avec la rupture des particules de silicium, il se poursuit par la croissance et par la coalescence de ces cavités. Il se crée des microfissures. L’ensemble de ces microfissures croient jusqu'a la jonction de plusieurs microfissures qui provoque la ruine de la matière. Cette dernière étape n'apparait pas dans le cheminement classique de la rupture ductile. Une technique pour tester les supports moteurs reproduisant au mieux le chargement de cette pièce lors d'un crash test véhicule a été mis au point. Nous avons ensuite modélisé par éléments finis cet essai en utilisant la loi de comportement et le critère de rupture de Rice et Tracey que nous avons déterminé avec les essais sur éprouvettes. Ce critère apporte une amélioration de la prédiction de rupture par rapport au critère de mises jusqu'alors utilise. Nous prédisons avec une bonne précision le comportement ainsi que la rupture (lieu et niveau d'effort) du support moteur.

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Serveaux, Jérémy. "Rupture ductile d’un conteneur de déchets radioactifs HA soudé et soumis à une corrosion généralisée". Thesis, Troyes, 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03180078.

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Abstract (sommario):

L’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) est en charge d’étudier le stockage des déchets de Haute Activité (HA) dans un centre de stockage géologique (projet Cigéo). Il est prévu d’encapsuler les déchets HA dans des conteneurs mécano-soudés en acier non allié P285NH, puis de les insérer dans des alvéoles de stockage réalisées dans une formation argileuse à 500 m de profondeur. L’objectif principal de la thèse est de savoir si le modèle proposé et la méthode numérique associée sont capables de prédire fidèlement le comportement à long terme (plusieurs centaines d’années) de ces conteneurs en situation de stockage, notamment l’épaisseur critique à partir de laquelle la rupture ductile apparait. Le comportement ductile de l’acier P285NH a été caractérisé par des essais sur des éprouvettes prélevées sur une maquette échelle 1:1. Des essais de traction ont été réalisés sur des éprouvettes lisses et entaillées issues du matériau de base ainsi que du joint soudé. Pour ces matériaux, un modèle de comportement élastoplastique avec écrouissages non linéaires cinématique et isotrope fortement couplés à l’endommagement ductile isotrope et faiblement couplé à la corrosion généralisée, a été développé. Sa formulation est basée sur la thermodynamique des processus irréversibles avec des variables d’état macroscopiques en considérant des grandes déformations plastiques. Plusieurs cas de simulations sur conteneurs soumis à différents chargements mécaniques et vitesses de corrosion sont réalisés
Andra, the French national radioactive waste management agency, is in charge of studying the possibility of disposal of High Level activity Wastes (HLW) in deep geological repository. Andra has planned to encapsulate HLW in non-alloy P285NH steel overpacks before inserting them into horizontal steel cased micro-tunnels called HLW disposal cells. The objective of this PhD is to study the long-term behavior of a welded steel overpack subjected to mechanical loading and generalized corrosion. Several tensile tests have been performed on smooth and notched specimens taken from both base material and welded material. For these materials, an elastoplastic behavior model with mixed nonlinear hardening strongly coupled with ductile isotropic damage and weakly coupled with generalized corrosion is developed. It is formulated based on the classical thermodynamics of irreversible processes framework with state variables at the macroscopic scale assuming the large plastic strains and small elastic strains. The comparisons between numerical and experimental results allow us to be confident in the capability of numerical simulations performed on P285NH to simulate the initiation and propagation of cracks. Finally, the addition of corrosion allows performing multiple simulations on overpacks, subjected to different mechanical loading conditions and corrosion conditions

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Xenos, Sokratis. "Porous materials : constitutive modeling and computational issues". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAX040.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur le développement, la calibration et l'implémentation numérique d'un nouveau modèle élastoplastique entièrement explicite, isotrope et indépendant du taux de déformation pour les matériaux métalliques poreux. La microstructure est supposée être constituée d'une distribution aléatoire de vides sphéroïdaux de même forme, orientés de manière aléatoire et avec une probabilité uniforme. Le modèle proposé est basé sur des estimations d'homogénéisation antérieures qui utilisent une théorie de comparaison composite linéaire (LCC). Pour évaluer l'exactitude du modèle analytique, nous réalisons des simulations éléments finis tridimensionnelles à grandes déformationsd'éléments de volume représentatifs (RVE) avec les microstructures correspondantes. Une calibration appropriée des paramètres du modèle conduit à un accord assez précis des prédictions analytiques avec les contraintes moyennes éléments finis et l'évolution de la porosité. Nous montrons, à la fois analytiquement et numériquement, que le rapport d'aspect initial des vides a un effet significatif sur la réponse effective homogénéisée du matériau poreux, entraînant des réponses extrêmement souples pour les vides très oblates, surtout à des triaxialités de contraintes élevées.Ensuite, nous examinons les problèmes computationnels liés à l'implémentation numérique de modèles constitutifs indépendants du taux de déformation qui conduisent à un comportement d'adoucissement. Il est démontré analytiquement que les modèles élastoplastiques basés sur des formulations continues "locales'' peuvent entraîner une perte d'ellipticité des équations aux dérivées partielles (EDP) et des solutions numériques dépendantes du maillage. Pour remédier les problèmes numériques associés, nous proposons une version implicite non locale du nouveau modèle poreux, basée sur l'introduction d'une variable de porosité non locale déterminée à partir de la solution d'une EDP supplémentaire. Nous montrons à la fois analytiquement et numériquement que la version régularisée du modèle permet de préserver les propriétés elliptiques des équations du problème, produisant des solutions convergentes indépendantes du maillage dans le régime post-bifurcation. Le point de bifurcation s'avère être fortement dépendant de la forme des micro-vides, avec des vides très plats (par exemple,un rapport d'aspect inférieur à 0,3) entraînant des déformations à la localisation plus faibles. Il est constaté que la longueur matérielle introduite par la formulation non locale a un effet minimal sur le point de bifurcation prédit, affectant uniquement le gradient post-bifurcation de la courbe contrainte-déformation macroscopique et la taille de lazone fortement déformée dans la structure. Dans la dernière partie de cette étude, les versions locale et non locale du modèle sont efficacement implémentées dans un code commercial d'éléments finis (ABAQUS) et utilisés pour la solution numérique de problèmes de valeurs limites liés aux processus de formage et de rupture ductile. En particulier, les problèmes de test d'expansion de trou (TET) et de test d'impact Charpy (essai Charpy), le phénomène de rupture "cup-and-cone'' ainsi que la rupture ductile d'un spécimen à géométrie complexe et la comparaison avec les résultats expérimentaux correspondants sont analysés en détail. Les prédictions numériques indiquent que la ductilité est une fonction croissante du paramètre de forme des vides, et les matériaux composés de vides oblates de faible rapport d'aspect présentent une initiation et une propagation macroscopiques de fissures prématurées par rapport aux matériaux avec des vides sphériques ou presquesphériques. Enfin, la capacité du modèle à reproduire les résultats expérimentaux avec une précision suffisante suggère qu'il peut être utilisé pour fournir des prédictions avec seulement un petit nombre de paramètres qui peuvent être calibrés à partir de calculs micromécaniques ou de données expérimentales
This work is concerned with the development, calibration, and numerical implementation of a novel fully explicit isotropic, rate-independent, elasto-plastic model for porous metallic materials. The microstructure is assumed to consist of a random, with uniform probability, distribution of randomly oriented spheroidal voids of the same shape. The proposed model is based on earlier homogenization estimates that use a Linear Comparison Composite (LCC) theory. The resulting expressions exhibit the simplicity of the well known Gurson model and, thus, its numerical implementation in a finite element code is straightforward. To assess the accuracy of the analytical model, we carry out detailed finite-strain, three-dimensional finite element (FE) simulations ofrepresentative volume elements (RVEs) with the corresponding microstructures. Properparameter calibration of the model leads to fairly accurate agreement of the analytical predictions with the corresponding FE average stresses and porosity evolution. We show, both analytically and numerically, that the initial aspect ratio of the voids has a significant effect on the homogenized effective response of the porous material leading to extremely soft responses for flat oblate voids (e.g., aspect ratio less than 0.5) especially at high stress triaxialities.Next, we examine the computational issues related to the numerical implementation of rate-independent constitutive models that lead to softening behavior. It is shown analytically that elastic-plastic models based on ``local'' continuum formulations that do not incorporate a characteristic length scale may lead to loss of ellipticity of the governing partial differential equations (PDEs) and mesh-dependent numerical solutions. To remedy the associated numerical problems, we propose an implicit non-local version of the porous model developed in this work which is based on the introductionof a non-local porosity variable determined from the solution of an additional PDE. We show both analytically and numerically that the regularized version of the model allows for preservation of the elliptic properties of the governing equations yielding mesh-independent, converged solutions in the post-bifurcation regime. The bifurcation point (i.e., strain-to-localization) is found to be highly dependent on the micro-void's shape, with very flat voids (e.g., aspect ratio less than 0.3) leading to lower localization strains. The material length introduced by the non-local formulation is found tohave minimal effect on the predicted bifurcation point, only affecting the post-bifurcation gradient of the macroscopic stress-strain curve and the size of the highly strained zone in the structure.In the last part of this study, both the local and the non-local versions of the model are efficiently implemented in a commercial finite element code (ABAQUS). The models are used for the numerical solution of boundary value problems (BVPs) related to forming and ductile fracture processes under both quasi-static and dynamic conditions. In particular, the industrially relevant problems of Hole expansion (HET) and Charpy impact (CVN) test, the cup-and-cone fracture phenomenon as well as ductile fracture of a specimen with complex geometry and comparison with corresponding experimentalresults are analyzed in detail. Numerical predictions in all cases indicate that ductility is an increasing function of the void shape parameter and materials comprising flat oblate voids of low aspect ratio exhibit early macroscopic crack initiation and propagation compared to materials with spherical/almost spherical voids. Finally, the model's capability to reproduce experimental results with sufficient accuracy suggests that it can be utilized to provide predictions with only a small amount of parameters that may be calibrated from either micromechanics calculations or experimental data

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Bron, Frédéric. "Déchirure ductile des tôles minces en alliage d'aluminium 2024 pour application aéronautique". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00161432.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ce travail est la simulation par éléments finis de la déchirure ductile des tôles minces en alliage d'aluminium 2024. La méthode est basée sur l'approche locale de la rupture. Les observations métallographiques indiquent deux mécanismes de rupture. Si la pression hydrostatique est élevée, la rupture intervient par striction interne. Dans le cas contraire, la rupture intervient par localisation de la déformation en bande à 45 degrés. Dans les éprouvettes de fissuration Kahn et M(T), les mécanismes de rupture sont identiques. Les simulations sont basées sur une extension du modèle de Rousselier incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de porosités.
Un nouveau critère de plasticité anisotrope est spécifiquement développé. Il s'agit d'une extension du critère de Karafillis et Boyce (1993). Le modèle est appliqué à deux nuances dont la teneur en particules intermétalliques est différente. Les paramètres sont ajustés sur de petites éprouvettes pour le matériau à haute pureté. La transférabilité est vérifiée sur les grands panneaux M(T). Le transfert vers le matériau ayant la plus forte teneur en particules intermétalliques est fait en modifiant la taille de maille dans le même rapport que l'espacement inter-particules. Le modèle est utilisé comme un outil numérique afin d'étudier les effets de la loi d'écrouissage, d'une pré-traction ou de l'anisotropie plastique sur la résistance à la propagation de fissure. Il est alors possible de proposer des voies d'amélioration du matériau.

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Ling, Chao. "Simulation de la rupture ductile intragranulaire des aciers irradiés. Effets de l'anisotropie cristalline et du gradient de déformations". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM018/document.

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Abstract (sommario):

L'irradiation peut modifier les propriétés mécaniques des aciers inoxydables austénitiques. Une diminution de la ténacité à la rupture des aciers en fonction de la dose est observée. La rupture ductile due à la croissance et la coalescence des cavités est toujours un mécanisme dominant dans les aciers irradiés jusqu'à 10 dpa. Des cavités peuvent être crées de manière différente : nucléées à partir des inclusions ou des précipités d'irradiation, ou créées directement par irradiation. Cette thèse a pour objectif d'étudier la rupture ductile des aciers irradiés due à la croissance et la coalescence des cavités intragranulaires. Basée sur la plasticité cristalline, des simulations en éléments finis sont effectuées sur les cellules unitaires pour étudier l'effet de l'orientation cristallographique et de la triaxialité de contraintes sur la croissance et la coalescence des cavités. L'effet de l'écrouissage post-irradiation sur la croissance et la coalescence des cavités est étudié avec un modèle de la plasticité cristalline prenant compte des défauts d'irradiation. En outre, un modèle élastomère-visco-plastique en grandes transformations est proposé pour décrire la croissance des cavités dans le monocristal. Le modèle est appliqué à la simulation de l'endommagement ductile dans le monocristal et le polycristal. Des cavités peuvent avoir des tailles différentes et la taille peut avoir une influence sur la ténacité à la rupture des aciers. Afin d'étudier cet effet, un modèle micromorphe de plasticité cristalline est proposé et appliqué à la simulation de la croissance et la coalescence des cavités intragranulaires de différentes tailles ainsi qu'aux phénomènes de localisation dans les monocristaux
Irradiation causes drastic modifications of mechanical properties of austenitic stainless steels and a decrease in the fracture toughness with irradiation has been observed. Ductile fracture due to void growth and coalescence remains one dominant fracture mechanism for doses in the range of 0-10 dupa. Voids may have different origins : nucleated at inclusions or irradiation-induced precipitates during mechanical loading, or produced directly by irradiation. The present work is to investigate ductile fracture of irradiated steels due to growth and coalescence of intragranulaire voids. Based on continuum crystal plasticity theory, FE simulations are performed on unit cells for studying effects of lattice orientation and stress triaxiality on void growth and coalescence. The influence of post-irradiation hardening/softening on void growth ans coalescence is evaluated with a physically based crystal plasticity model. Besides, an elastoviscoplastic model at finite strains is proposed to describe void growth up to coalescence in single crystals, and is assessed based unit cell simulations. The model is then applied to simulate ductile damage in single crystals ans polycrystals. As voids in irradiated steels may have different origins, they may have different sizes, which potentially have an influence on ductile fracture process and fracture toughness of irradiated steels. In order to assess the size effect, a micromorphic crystal plasticity model is proposed and applied to simulate growth and coalescence of intragranular voids of different sizes

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Kahziz, Mouhcine. "Étude expérimentale et numérique des mécanismes d'endommagement ductile et rupture des bords découpés des aciers avancés pour l'automobile". Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0051/document.

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Abstract (sommario):

La performance mécanique des pièces de structures automobiles fabriquées à partir de tôles d'acier à très haute résistance (THR) est souvent réduite à cause des bords découpés. Ce phénomène a été étudié pour deux nuances d'aciers ferrite-bainite (FB600) et ferrite-martensite (DP600), ce dernier présente un écrouissage et un gradient de dureté entre les phases plus élevés que ceux de la nuance FB600. Les micromécanismes d'endommagement de ces matériaux de base ont été caractérisés en utilisant les techniques de tomographie in situ et MEB in situ. Pour l'acier DP600, la germination de cavités a eu lieu sur les inclusions et aux interfaces ferrite-martensite. De plus, des cavités sous forme d'aiguille ont été observées dans la zone centrale correspondant à la ligne de ségrégation. Les mêmes mécanismes de germination ont été observés dans le cas de l'acier FB en plus de la germination aux interfaces des carbures qui a eu lieu à des déformations élevées. L'analyse d'image a montré que l'acier DP présente une densité initiale de cavités et une densité de cavités germées plus élevées que celles de l'acier FB qui semblait plus tolérant à l'endommagement. Des bords poinçonnés et usinés des nuances DP et FB ont été caractérisés par laminographie in situ lors d'un chargement mécanique. Pour les bords poinçonnés, ces observations ont permis de constater que la zone rompue est rugueuse et qu'un micro-endommagement sous forme d'aiguille initié sur la surface et dans le volume suit les lignes d'écoulement. Lors du chargement mécanique, les cavités sous forme d'aiguilles croissent à partir de la zone rompue et coalescent avec la zone cisaillée. En revanche, pour les bords usinés, l'endommagement s'initie loin de la surface de bords (~800 microns). Une analyse des données 3D a été réalisée pour quantifier l'état initial de l'endommagement et son évolution. L'acier FB600 a été plus résistant aux bords découpés que l'acier DP600. Des simulations 3D par éléments finis ont été menées pour étudier les champs mécaniques potentiellement affectés par le profil du bord découpé et du pré-écrouissage. Cette analyse a permis de conclure que seuls ces paramètres ne modifient pas localement les champs mécaniques. Finalement, des simulations axisymétriques par éléments finis de l'essai d'expansion de trou ont été réalisées pour différentes épaisseurs de tôle en utilisant les critères d'endommagement identifiés sur les résultats expérimentaux de la tomographie in situ
The mechanical properties of automotive structures made of advanced high strength steels (AHSS) is often seen reduced by the presence of cut edges. Here this phenomenon is investigated for ferrite-bainite steel (FB600) and martensite ferrite steel (DP600), the latter having higher work hardening and phase hardness gradient than FB600.Damage micromechanisms for these two base materials were assessed using in situ synchrotron tomography, in situ SEM and SEM on cross sections. It was revealed for the DP600 steel that damage nucleated from particles and ferrite-martensite interfaces. In addition, needle shaped voids, that are consistent with the presence of segregation lines, were seen. For the FB steel, the same observations hold true except that the decohesion on interfaces sets in at higher strains. Quantitative image analysis also showed that the initial number of voids and the number of nucleating voids was higher for DP steel than for FB steel which was also seen to be more damage tolerant.Punched and machined edges made of DP600 and FB600 steel were mechanically loaded during in situ laminography testing. It was found that the fracture zone of the punched edge was rough and that needle-shape voids at the surface and in the bulk followed material flow lines. During mechanical in situ testing the needle voids grew from the fracture zone surface and coalesced with the sheared zone. In contrast, for the machined edge the damage started away from the edge (~ 800 microns) where substantial necking has occurred. Three-dimensional image analysis was performed to quantify the initial damage and its evolution. The FB600 was more resistant to cut edges than the DP600 steel.3D elasto-plastic FE calculations were carried out to investigate mechanical fields, potentially affected by the edge profile and pre-hardening profile. These parameters were not found to substantially modify the mechanical fields. Finally, axisymmetric 2D simulations for hole expansion were carried out for different sheet thicknesses using a post-treated damage evaluation calibrated on in-situ tomography data

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Davaze, Valentin. "Modélisation numérique de l'amorçage et la propagation des fissures dans les tôles métalliques ductiles pour les simulations de crash". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM060.

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Abstract (sommario):

Lors d’un crash automobile, les pièces faites de tôles métalliques sont sujettes à rupture. La rupture des matériauxductiles n’est actuellement pas prédite de manière fiable dans un contexte industriel, entraînant des coûts et délaissupplémentaires sur la conception. Cette problématique est alors abordée dans cette thèse CIFRE du Groupe PSAmenée en collaboration avec l’Onera et le Centre des Matériaux. L’objectif de ces travaux est de développer et d’implanterune stratégie numérique fiable de prédiction de fissure par la méthode des Éléments Finis (EF) dans les calculs de crashautomobile. Une première partie de ce travail consiste en la caractérisation puis la modélisation du comportementjusqu’à l’amorçage d’un matériau ductile représentatif: les tôles d’acier DP450. Pour ce faire, des essais sont réaliséssur une large gamme de vitesses de chargement, de triaxialités, et à différentes températures. À partir des résultatsobtenus, un modèle numérique de comportement est établi en tenant compte des différents phénomènes observésinfluençant la fissuration: la plasticité, les effets de vitesse et l’endommagement. Le modèle ainsi défini permet de tenircompte de la plupart des phénomènes observés. Cependant, le recours aux modèles adoucissants pour la modélisationde l’endommagement et des effets thermiques à haute vitesse entraîne une dépendance pathologique des résultatsau maillage utilisé (taille, orientation). Ce problème est résolu par l’implantation d’une méthode de régularisation non-localeadaptée aux calculs en dynamique rapide. Une variable non-locale est alors calculée à travers l’enrichissementd’éléments finis (solides et coques). Celle-ci est traitée comme un nouveau degré de liberté, facilitant ainsi l’échange del’information entre les éléments tout en conservant la parallélisation du code. Cette variable est ensuite introduite dansles équations constitutives permettant par la suite d’obtenir l’indépendance des résultats au maillage. La validation del’approche proposée est finalement réalisée grâce à la confrontation avec des résultats expérimentaux
In the event of a car crash, parts made of metal sheets are subjected to failure. Failure of ductile materials is currentlynot reliably predicted in an industrial context, involving additional costs and delays in the design process. This issue isthen addressed in this Ph.D thesis work of the PSA Group carried out in collaboration with Onera and the Centre des Matériaux. The aim of this work is to develop and implement a reliable numerical strategy for crack prediction using the Finite Element Method (FE) in automotive crash simulations. A first part of this work consists in characterizing and then modelling the plastic and fracture behavior of a representative ductile material: the DP450 steel sheets. To do so, tests are performed over a wide range of loading rates, stress triaxialities, and at different temperatures. From the obtained results,a numerical constitutive model is built by taking into account the different observed phenomena influencing crack initiationand propagation: plasticity, strain-rate effects and damage. The constitutive model thus enables to take into account mostof the observed phenomena. However, the use of softening models for modelling damage and thermal effects at highloading rate leads to a pathological dependence of the results on the mesh size and the mesh orientation. This problem issolved by the implementation of a non-local regularization method adapted to dynamic explicit computations. A non-localvariable is then computed through the enrichment of finite elements (continuum and shell). It is therefore treated as a new degree of freedom, which facilitates the exchange of data between the elements while preserving the parallelizationof the code. This variable is then introduced into the constitutive equations, allowing to obtain mesh independent results.The validation of the proposed approach is finally realized through the simulation of experimental results

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Chen, Jianqiang. "Déchirure ductile des tôles en alliages d'aluminium-lithium 2198 pour application aéronautique". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00657028.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension de l'influence de la microstructure sur l'anisotropie plastique et la ténacité de deux nuances d'alliage Al-Cu-Li 2198 sous forme de tôle. L'épaisseur de tôles est 2 mm et 6 mm. Deux traitements thermiques (T351 et T851) ont été étudiés pour chaque nuance. Différentes techniques de caractérisation multi-échelles telles que la microscopie optique, la microscopie électronique en transmission ou encore la tomographie à rayons X ont été utilisées pour identifier les microstructures des matériaux et les micro-mécanismes d'endommagement. L'anisotropie plastique et l'effet d'épaisseur sur la plasticité ont été étudiés via des essais de traction sur les éprouvettes lisses et entaillées selon différentes directions. Les résultats montrent que le comportement plastique est anisotrope dans le plan de tôle. Le comportement en déchirure ductile a été examiné en utilisant des éprouvettes de petite taille de type Kahn ainsi que des plaques larges de type M(T). L'anisotropie de ténacité a été étudiée sur les éprouvettes chargées selon différentes configurations. La fractographie par microscope électronique à balayage (MEB) et la tomographie synchrotron aux rayons X ont clarifié le rôle des structures granulaires et des traitements thermiques sur les mécanismes de la rupture inter-granulaire et trans-granulaire. La croissance de cavités reste limitée dans la zone de propagation de fissure. En fin, la simulation de la déchirure ductile par élément finis est basée sur l'approche locale de la rupture en utilisant un modèle de zone cohésive (CZM). Les paramètres cohésifs ont été ajustés sur les éprouvettes Kahn. Les paramètres identifiés ont été employés pour prédire la déchirure ductile des essais M(T). Les résultats montrent que la simulation des essais M(T) est plus sensible aux valeurs des paramètres ajustés que la simulation des essais Kahn. L'effet d'épaisseur a été évalué à l'aide de la technique de relâchement des nœuds en analysant la variation de la contrainte et de la déformation dans la direction de l'épaisseur.

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Mbarek, Imen Asma. "Étude dynamique pour définition d'aciers de blindage innovants contre les explosions". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0189.

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Abstract (sommario):

Le travail de thèse de doctorat porte sur une étude complète du comportement dynamique de trois aciers de blindage soumis à des impacts balistiques. Dans un premier temps, afin de comprendre les phénomènes mis en jeu pendant la perforation de cibles fines, des essais de caractérisation du comportement thermo-viscoplastique et de rupture ont été réalisés. Les paramètres des lois de comportement et des critères de rupture ont été identifiés pour alimenter un modèle numérique simulant l'essai de perforation. La réponse des cibles impactées par des projectiles coniques a ensuite été évaluée à l'aide d'essais de perforation. Grâce à cette étude, il est possible de valider l'implémentation des lois et des critères réalisée dans des codes de calcul. Un dispositif de mesure des efforts d'impact et de perforation a donc été développé au cours de la thèse. Il fût montré que la mesure des efforts ainsi obtenue n'est pas intrinsèque au matériau impacté mais qu'elle dépend de la réponse globale du dispositif support-cible. Les résultats numériques issus de l’analyse par la méthode des éléments finis (MEF) ont été comparés aux résultats expérimentaux. Il a été observé un bon accord en terme de courbes balistiques, de modes de rupture, d’efforts dynamiques et de bilan énergétique. La modélisation numérique montre que seule une description précise du comportement mécanique des matériaux et de la rupture permet d'avoir une bonne représentation des performances balistiques des aciers étudiés. Une attention toute particulière a été portée sur l’influence de la tri-axialité des contraintes locales initiée par la forme de l’impactant, de la vitesse de déformation et de la température sur le seuil de déformation à la rupture. En perspective, les résultats issus de cette étude pourront servir dans l'analyse de la réponse des aciers de blindage sous chargements par explosif
The main aim of this PhD thesis is to develop a comprehensive study of the dynamic behavior of three armor steels subjected to ballistic impact. In order to have better understanding of the phenomena which take place during the thin targets perforation process, characterization experiments allowing to describe of the thermo-viscoplastic behavior and fracture were carried out. The identification of the constitutive relations and the failure criteria parameters allow to establish a numerical model simulating the perforation test. The ballistic response of armor steels subjected to the impact of conical projectiles was then assessed using perforation testing. This experimental investigation aims at endorsing the implementation of the behavior and fracture models in the calculation software. An experimental set-up for perforation forces measurements was specially developed during the thesis. It has been found that this dynamic force measurement is not intrinsic to the target material. It is rather dependent on the structural response of the used set-up support-target during impact and perforation. The numerical results from the Finite Elements Analysis (FEA) were compared to the experimental data and good agreement was found in terms of ballistic curves, failure patterns, impact forces and energy balance. Numerical investigations show that only an accurate description of the mechanical behavior and the fracture allows a good prediction of the ballistic performances of armor steels. Close attention was paid to the influence of local stress triaxiality induced by the projectile nose shape, strain rate and temperature on the strain to fracture threshold. In the future, these investigations can be used in the behavior analysis of armor steels subjected to blast loading

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Lin, Jian. "Modélisation numérique de l’endommagement des matériaux poreux ductiles et application aux géomatériaux". Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10143/document.

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Abstract (sommario):

Cette étude est consacrée à la modélisation numérique de l'endommagement pour des matériaux poreux ductiles et à des applications aux géomatériaux. On rappelle et analyse d'abord au chapitre 1 différentes approches d'endommagement pour la classe de matériaux étudiés. L'implantation numérique du modèle basé sur un critère macroscopique de type Gurson, récemment proposé par Monchiet et al.(2007) est effectué au chapitre 2. La bonne performance de ce nouveau modèle est vérifiée en comparant ses prédictions numériques à celles d'autres modèles de type Gurson. Dans le chapitre 3, les modélisations numériques sont étendues aux géomatériaux en implantant dans un code éléments finis un nouveau modèle formulé sur la base du critère de Guo et al.(2008) qui prend en compte de la compressibilité de la matrice. L'adéquation du modèle développé aux géomatériaux est démontrée à travers l'étude du comportement d'une craie. L'implantation numérique et l'analyse du modèle basé sur une version anisotrope du critère proposé par Monchiet et al.(2007) sont présentées au chapitre 4. Les résultats numériques issus de cette implantation sont discutés en les comparant aux ceux des autres modèles existants. Ils apparaissent tout à fait satisfaisants
This study is devoted to the numerical modeling of damage for ductile porous materials and its applications to geomaterials. We first recall and analyze in chapter 1 different approaches of ductile damage. We then propose in chapter 2 a model based on the isotropic Gurson-type macroscopic criterion established by Monchietet al.(2007). This model is implemented numerically in ABAQUS Finite Element software. The good performance of this new model is checked by comparing its numerical predictions with the ones provided by other Gurson-type models. In chapter 3, numerical modelings are performed for geomaterials by implementing an appropriate model (based on Guo et al.(2008) criterion) in ABAQUS. The adequacy of the considered model to geomaterials is demonstrated through the study of a chalk. The numerical implementation and analysis of an anisotropic model based on the anisotropic version of the criterion proposed by Monchiet et al.(2007) are presented in chapter 4. The numerical results derived from this implementation are discussed with the results of others existing models. They appear to be quite satisfactory

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Do, Xuan Nam. "Localized failure in dynamics for brittle and ductile materials". Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2356.

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Abstract (sommario):

La défaillance des matériaux et structures d'ingénierie peut être considéré comme le résultat d'une interaction complexe entre différents phénomènes physiques tels que la nucléation des cavités, les microfissures, les microvides et d'autres processus irréversibles. Ces micro-défauts se fondent éventuellement en une ou plusieurs macro-fissures conduisant à une diminution de la capacité portante et finalement à une défaillance de la structure considérée. La prévention des défaillances des structures et des composants structurels a toujours été un sujet important et une préoccupation majeure en ingénierie. Cette thèse vise à représenter une défaillance localisée dans des matériaux non linéaires sans dépendance de maillage. Un intérêt particulier sera le cas de l’adoucissement dynamique des déformations. Les phénomènes localisés sont pris en compte en utilisant l'approche des discontinuités embarquées fortes dans laquelle le champ de déplacement est amélioré pour capturer la discontinuité. Sur la base de cette approche, on a d'abord développé un modèle unidimensionnel de barres élasto-plastique capable de représenter une défaillance pour des matériaux ductiles avec un durcissement combiné dans une zone de processus de fracture FPZ et un adoucissement avec des discontinuités fortes encastrées. Les résultats comparant le modèle unidimensionnel proposé aux travaux (semi-) analytiques sont présentés. Il a été démontré que la stratégie proposée offre des solutions indépendantes de maillage. La déformation augmente dans le domaine de l’adoucissement avec une diminution simultanée de la contrainte. Le problème se décharge élastiquement à l'extérieur de la zone d’adoucissement de déformation. L'énergie dissipée se trouve à disparaître. Le modèle a également été comparé à un modèle de dommage unidimensionnel capable de représenter la fracture dynamique de la barre d'endommagementélasto-endommagée dans la zone de traitement de fracture - FPZ et de adoucissement avec de discontinuités fortes encastrées pour trouver un bon accord entre deux modèles. Un modèle d'éléments finis bidimensionnel a été développé, capable de décrire à la fois le mécanisme de dommage diffus accompagné d'un durcissement initial et d'une réponse d’adoucissement ultérieure de la structure. On a analysé les résultats de plusieurs simulations numériques effectuées sur des essais mécaniques classiques sous des charges progressivement croissantes telles que le test Brésilien ou le test de flexion en trois points. Le cadre de dynamique proposé est montré pour augmenter la robustesse de calcul. On a constaté que la direction finale des macro-fissures est assez bien prédite et que l'influence des effets d'inertie sur les solutions obtenues est assez modeste notamment en comparaison entre différentes mailles. Ce modèle bidimensionnel a été étendu plus loin dans le modèle bidimensionnel de discontinuité intégrée en viscodamage pour aider à explorer brièvement la mise en œuvre du schéma de point intermédiaire de second ordre qui peut fournir des résultats améliorés sous limitation de la régularisation visqueuse du modèle de dégâts localisés
Failure of engineering materials and structures can be considered as a result of a complex interplay between different physical phenomena such as nucleation of cavities, microcracks,microvoids and other irreversible processes. These micro-defects eventually coalesce into one or more macro-cracks leading to a decrease in the load-bearing capability and finally, to failure of the structure under consideration. Prevention of failure of structures and structural parts has always been a critical subject and a major concern in engineering. This thesis aims to represent localized failure in non linear materials without mesh dependency. Of special interest will be the case of dynamic strain-softening. Localized phenomena are taken into account by using the embedded strong discontinuities approach in which the displacement field is enhanced to capture the discontinuity. Based upon this approach, a one-dimensional model for elasto-plastic bar capable of representing failure for ductile materials with combined hardening in FPZ-fracture process zone and softening with embedded strong discontinuities was first developed. Results comparing the proposed one-dimensional model to (semi-) analytical works are presented. It was shown that the proposed strategy provides mesh independent solutions. Strain increases in the softening domain with a simultaneous decrease of stress. The problem unloads elastically outside the strain softening region. The strain energy is found to vanish. The model was also compared with a one dimensional damage model capable of representing the dynamic fracture for elasto-damage bar with combined hardening in fracture process zone - FPZ and softening with strong embedded discontinuities to find a good agreement between two models. A two-dimensional finite element model was developed, capable of describing both the diffuse damage mechanism accompanied by initial strain hardening and subsequent softening response of the structure. The results of several numerical simulations, performed on classical mechanical tests under slowly increasing loads such as Brazilian test or three-point bending test were analyzed. The proposed dynamics framework is shown to increase computational robustness. It was found that the final direction of macro-cracks is predicted quite well and that influence of inertia effects on the obtained solutions is fairly modest especially in comparison among different meshes. This two-dimensional model was expanded further into the two dimensional continuum viscodamage-embedded discontinuity model to help briefly explore the implementation of the second order mid-point scheme that can provide improved results under limitation of viscous regularization of localized failure damage model

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Benabbes, Anouar. "Approches micromécaniques de la compaction de poudres et de la rupture ductile des matériaux incluant le 3me invariant des contraintes". Reims, 2009. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00001118.pdf.

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Abstract (sommario):

La thèse englobe deux thématiques de recherche que sont la modélisation micromécanique de la compaction de poudre et l'approche locale de la rupture ductile des matériaux. Dans la première partie du mémoire, la méthode cinématique du calcul à la rupture est utilisée pour la construction de bornes supérieures des critères de rupture macroscopiques d'un matériau granulaire. Pour ce faire, le milieu granulaire est assimilé à un milieu constitué d'un assemblage périodique de cellules hexagonales. En premier lieu, une cellule de base « primitive » consistant en un cylindre circulaire dans lequel un grain est circonscrit est employée dans des analyses aux éléments finis qui renseignent sur les modes de déformation du grain. En deuxième lieu, huit mécanismes de rupture pertinents de cellules de base aux géométries appropriées permettent d'obtenir des estimations par l'extérieur des surfaces de charge macroscopiques. Les calculs sont menés aussi bien pour la compression isostatique que pour la compression en matrice. Les résultats ainsi obtenus sont confrontés à ceux fournis par des calculs aux éléments finis. Dans la deuxième partie du mémoire, un modèle de comportement élastoplastique pour matériaux poreux basé sur le critère de McElwain et al. (2006) est implantée avec succès dans le code Abaqus. Ce modèle a la particularité de prendre en compte directement dans le potentiel plastique le troisième invariant des contraintes. La striction d'une barre cylindrique lisse, la traction d'une éprouvette entaillée et le cisaillement en déformation plane ont été simulés numériquement en utilisant ce récent modèle et les résultats obtenus sont confrontés à ceux dérivés du modèle GTN
The thesis encompasses two research topics, namely, the micromechanical modeling of powder compaction and the local approach of ductile fracture of materials. The former part of the report is dealing with the kinematic approach of the yield design homogenization method which is used to obtain upper bounds of macroscopic strength criteria for powder compact. To this end, the granular medium is considered as a medium consisting of a periodic assembly of hexagonal cells. Firstly, a « primitive» unit cell consisting of a circular cylinder in which a grain is circumscribed is used in finite element analysis that provides insight into modes of deformation of grain. Secondly, eight relevant failure mechanisms for unit cells with appropriate geometries allow to obtain external estimates of macroscopic yield surfaces. The calculations are performed for both isostatic and closed die compression. The results thus obtained are compared with those provided by finite element calculations. The later part of the report, an elastoplastic constitutive model for porous materials based on the criterion of McElwain et al. (2006) is successfully implemented in Abaqus. This criterion has the peculiarity to account of the third invariant of stress. The necking of a cylindrical smooth bar, the tensile notched bar and the shear plane strain problem have been numerically simulated using this recent model and the results are compared with those derived from GTN model

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Gachet, Jean-Marie. "Intégration de la phase de mise en forme dans le dimensionnement de flasques de sièges automobile". Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00907736.

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Abstract (sommario):

L'objet du présent travail est la modélisation, par simulation numérique, de la tenue mécanique de flasques de sièges automobile obtenus par semi-découpe de tôle d'acier à haute limite élastique. Des essais de compression, de traction et de cisaillement sont mis en place pour étudier l'anisotropie plastique, l'écrouissage, l'endommagement et la rupture. Des essais non proportionnels de cisaillement suivi de traction et de semi-découpe suivie de poinçonnement permettent d'investiguer l'effet de prédéformations, à bas taux de triaxialité des contraintes, sur le comportement du matériau à nouveau sollicité à un taux de triaxialité des contraintes plus élevé. Basé sur les travaux de Xue et Wierzbicki, un critère de rupture permettant de rendre compte des observations expérimentales est proposé et comparé à un modèle d'endommagement de Lemaitre. Le critère de rupture proposé est implanté dans deux logiciels de calcul par éléments finis : le logiciel Forge® dédié à la simulation de la mise en forme et le logiciel LS-Dyna® dédié à la simulation de crash. Dans un premier temps, la mise en forme par semi-découpe est simulée avec Forge®. Dans un second temps, les champs de variables d'état sont transportés du maillage résultat obtenu avec Forge®, vers le maillage d'entrée pour LS-Dyna®. Ensuite les calculs de tenue mécanique sont réalisés avec LS-Dyna®. Les résultats de calculs de tenue mécanique sont enfin comparés à des résultats expérimentaux. Ces résultats expérimentaux sont des essais de mise en forme par semi-découpe suivis d'essais d'arrachement qui reproduisent, en laboratoire, les sollicitations observées sur les pièces industrielles.

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Nguyen, Thai Ha. "Prédiction de la non-rupture fragile dans un joint soudé en acier C-Mn dans le domaine de la transition fragile/ductile". Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00578811.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte de la sûreté nucléaire, et plus précisément, de l'intégrité des circuits secondaires des Réacteurs à eau pressurisée (REP). L'étude porte donc sur le comportement à rupture de structures minces soudées dans le domaine haut de la transition fragile/ductile. Elle a pour objectif de développer le modèle en contrainte seuil initialement développé par Chapuliot, qui permet de prédire la non-rupture par clivage de cette structure soudée. Le modèle est identifié pour la soudure de l'acier au C-Mn de construction nucléaire, en s'intéressant plus particulièrement à la limite supérieure du domaine de transition.Une contrainte seuil, en-dessous de laquelle le clivage ne peut avoir lieu, est identifiée à partir d'essais de traction à basses températures sur éprouvettes axisymétriques entaillées prélevées dans le joint soudé. Cette contrainte seuil permet de définir le volume seuil, ou volume dans lequel les contraintes principales maximales dépassent la contrainte seuil au cours de l'essai.L'analyse au MEB des faciès des éprouvettes rompues montre que la zone fondue brute de solidification dans la ZAT est la zone la plus susceptible de cliver. La relation entre la probabilité de rupture fragile et le volume seuil dans cette zone est établie via une fonction de sensibilité, grâce à des essais sur éprouvettes CT et à leur simulation multi-matériaux. Le modèle ainsi identifié est testé pour prévoir la non rupture par clivage d'éprouvettes SENT prélevées dans le joint soudé et sollicitées en traction. Les résultats obtenus sont encourageants relativement à la transférabilité du modèle à la structure réelle

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Ren, Sicong. "Mesures de champs et simulations par élément finis de l'interaction entre vieillissement dynamique et endommagement dans les alliages métalliques". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM001/document.

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Abstract (sommario):

Récemment, les observations in-situ par laminographie aux rayons X (au synchrotron) montrent que les multiples bandes de localisation sont les précurseurs de l'endommagement et éventuellement de la rupture en biseau. Ces bandes peuvent être liées aux phénomènes de vieillissement par la déformation (type effet de L"uders ou Portevin-Le Chatelier (PLC)) dont l'influence sur la rupture est encore mal compris. Ces effets sont pourtant observés dans de nombreux alliages industriels comme les aluminiums de la série 2000 ou 5000, ou par exemple, dans le cas des aciers C-Mn pour lesquels un creux de ductilité est observé dans la gamme de température o'u ces effets sont les plus marqués.L'objectif de la thèse consiste à caractériser l'effet PLC et évaluer son influence sur le développement de l'endommagement et donc sur la rupture finale. D'abord, l'effet de vieillissement sur l'écrouissage a été introduit dans un modèle basé sur la densité de dislocations en utilisant les résultats dans la littérature. Ensuite, certains alliages d'aluminium de la série 2000 et un acier C-Mn ont été étudiés par essais mécaniques avec corrélation d'images.Le déclenchement prématuré de localisation a été observé pendant les essais de relaxation, de déchargement et de changement de vitesse pour certains alliages d'aluminium.Les bandes autour de l'entaille dans l'éprouvette d'acier C-Mn ont été observées à haute température. Deux modes de rupture différents ont été observés dans les deux températures. Ces résultats sont comparés avec ceux du modèle KEMC. Enfin, un modèle de comportement couplant les effets de vieillissement (type KEMC) et d'endommagement (type Rousselier) a été développé pour tenter d'expliquer les interactions observées expérimentalement entre ces deux phénomènes
Recently, in-situ observations by X-ray laminography (at synchrotron) show that the multiple localization bands are the precursors of damage and possibly the slant fracture. These bands can be related to the strain ageing effect (L"uders or Portevin-Le Chatelier (PLC)) whose influence on the fracture is still poorly understood. These effects are observed in many industrial alloys such as 2000 or 5000 series aluminium alloys, or, for example, in the C-Mn steels for which a ductility drop is observed in the temperature range where these effects are most pronounced.The aim of the thesis is to characterize the PLC effect and to evaluate its influence on the development of ductile damage and therefore on the final fracture. Firstly, the influence of strain ageing on strain hardening was introduced in a model based on the dislocation density using results from the literature. Secondly, several 2000 series aluminium alloys and a C-Mn steel were investigated by mechanical tests combined with Digital Image Correlation. The premature triggering of localization bands was observed in tensile tests involving relaxation, unloading and strain rate jump for certain aluminium alloys. The bands around the notch in the specimens of C-Mn steel were observed at high temperature. Two different modes of fracture were observed at the two temperatures. These results are compared with those produced with the KEMC model. Thirdly, a constitutive model combining the strain ageing (type KEMC) and damage (type Rousselier) was developed in order to explain the experimentally observed interactions between these two phenomena

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Goldspiegel, Fabien. "Simulation numérique du procédé de clouage grande-vitesse pour l'assemblage de matériaux hybrides". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM028/document.

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Abstract (sommario):

L’industrie automobile suit une politique d’allègement via l’introduction de matériaux plus légers et plus diversifiés dans la structure du véhicule. Parmi les techniques d’assemblages envisagées, le présent document se focalise sur le procédé de clouage grandevitesse. Des essais d’assemblages ont été réalisés en laboratoire sur de l’aluminium de fonderie, de l’acier DP780 et DP1180. La cinématique d’assemblage, les modes de ruptures, la réaction des tôles et les propriétés de la liaison sont étudiés. Des modèles matériaux ont été choisis pour rendre compte des phénomènes dynamiques et de rupture des tôles pendant l’assemblage. Le clou et les tôles ont ensuite été caractérisés mécaniquement dans plusieurs conditions de chargements et utilisés pour la calibration des modèles. Un modèle par éléments finis du clouage est crée; ses sensibilitées aux variations de maillage, frottement et modèle matériau sont évaluées et ses limitations capturées, soit par une pression d’assemblage inadaptées soit par la fragilité du clou. Des simulations de traction-croix et traction-cisaillement permettent finalement l’estimation des propriétés mécaniques de la liaison
Lightweigthing structures using mixed material components have become one of the main target of automotive industry’s future. Among the joining processes under exploration, the present work focuses on High-Speed Nailing. Experimental campaigns are conducted under laboratory conditions on layers superposition made of cast aluminium, dual-phase steels DP780 and DP1180. Joining kinematics, sheets fracture modes, reaction the nail insertion and nailed-joint strengths are investigated in various conditions of experiment. Material models are chosen to account for the dynamic and fracture phenomena exhibit by materials in the joining stage. Mechanical tests are performed on nail and sheets materials under different strain-rates and stress-states and used as references for the calibration procedure. A finite element model of the joining stage is built; its sensitivity to mesh size, friction and material formulation is evaluated and its limitations captured by either inappropriate joining pressure setting or nail brittleness. After a new equilibrium is reached, the nailed-joint is tested through cross-tension and sheartension simulations to tackle the prediction of in-service properties

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Homsi, Moaz. "Simulation de la découpe des métaux par un modèle de déchirure ductile, à l'aide de techniques de remaillage". Compiègne, 1995. http://www.theses.fr/1995COMPD850.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ce travail est de modéliser et simuler, par la méthode des éléments finis, le comportement d'une tôle lors de l'opération de découpage par poinçonnement. Une étude succincte, concernant les différentes non linéarités intervenant dans le procédé, est effectuée. Les grandes transformations dans la bande cisaillée sont traitées à l'aide d'une formulation Lagrangienne actualisée à la fin du pas de chargement. La gestion du contact et du frottement, entre la tôle et les outils de découpage, est effectuée à l'aide de la méthode directe dite de flexibilité. L'endommagement de la tôle, la propagation de fissure et la rupture sont représentés à l'aide d'une approche locale basée sur la croissance des cavités. Nous avons utilisé dans ce cadre le modèle de Gurson modifié par Tvergaard et Nneedleman, et nous l'avons intégré, dans le cas axisymétrique, à l'aide du schéma implicite proposé par Simo & Taylor. Pour éviter les distorsions du maillage, nous proposons un processus de remaillage, basé sur : - un remaillage périodique - un transport de champs par différentes techniques notamment par approximation diffuse - un équilibrage des champs transportés aux niveaux local et global. Plusieurs exemples sont proposés pour valider ces différents développements : l'étude de la rupture d'une éprouvette entaillée, l'emboutissage d'une plaque circulaire par un poinçon hémisphérique (cas test de Wagoner) et l'enfoncement d'un pieu pour lequel nous avons fourni des résultats qualitativement corrects. Finalement l'application de ces développements a permis la simulation du procédé de découpage. Nous avons obtenu des résultats en bon accord avec l'expérience, notamment sur l'estimation de l'effort maximum de découpage nécessaire au dimensionnement des outils.

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Tanguy, Benoit. "Modélisation de l'essai charpy par l'approche locale de la rupture : application au cas de l'acier 16MND5 dans le domaine de transition". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005651.

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Abstract (sommario):

Les aciers ferritiques présentent une transition du mode de rupture passant progressivement d'une rupture fragile (clivage) à une rupture ductile lorsque la température augmente. Le suivi du décalage de la température de transition des aciers de cuve par l'établissement de courbes de résilience, fait de l'essai Charpy une partie intégrante du programme de surveillance des centrales nucléaires françaises à eau sous pression. Malgré les avantages qui lui sont propres notamment son coût, l'essai Charpy ne permet pas d'obtenir directement une grandeur qui caractérise la résistance à la propagation d'un défaut de type de fissure, comme la ténacité, utilisée pour qualifier l'intégrité mécanique d'une structure.
Cette étude contribue à l'établissement du passage résilience-ténacité dans le domaine de transition de l'acier de cuve 16MND5 à partir d'une approche non-empirique basée sur l'approche locale de la rupture. La rupture fragile est décrite par le modèle Beremin (1983), qui permet de décrire la dispersion inhérente à ce mode de rupture. La description de la déchirure ductile est réalisée par le modèle GTN (1984) et le modèle Rousselier (1986). Ce dernier modèle a été modifié afin d'obtenir une description réaliste de l'endommagement ductile dans le cas de sollicitations rapides et d'échauffement locaux.
La méthode proposée pour déterminer les paramètres des modèles d'endommagement s'appuie uniquement sur des essais sur éprouvettes entaillées et les données inclusionnaires du matériau. Le comportement est décrit par une formulation originale paramétrée en température qui permet de décrire l'ensemble des essais réalisés dans cette étude. Avant d'appliquer cette méthodologie, une étude expérimentale du comportement et des modes de rupture de l'acier 16MND5 a été effectuée. A partir des essais de résilience en conditions quasi-statiques et dynamiques, il a été mis en évidence que cet acier ne présentait pas de décalage important de sa courbe de résilience dû à l'effet de vitesse. Dans le domaine de la transition, des échauffements locaux de l'ordre de 150°C ont été mesurés en fond d'entaille, ainsi que des déformations plastiques supérieures à 100 %.
Après une étude fractographique permettant l'identification de la nature des sites à l'origine du déclenchement du clivage, l'étude numérique montre, notamment, l'effet de l'échauffement adiabatique et de la prise en compte de la germination de cavités autour d'une seconde population de particules (carbures) sur la déchirure ductile. L'application de la méthodologie proposée permet de décrire les données de résilience jusqu'à des énergies moyennes de l'ordre de 70 J, englobant les indices TK28 et TK 68. Au delà, il faut introduire une faible dépendance apparente de la contrainte du clivage avec la température. D'autre part, l'évolution de la ténacité peut être décrite jusqu'à des valeurs moyennes de 170 MPa?m sans introduire de dépendance de la contrainte de clivage avec la température.

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Delmotte, Joël. "Modélisation numérique de la déchirure ductile en milieu bidimensionnel à l'aide d'une approche locale : simulation des courbes de résistance à la fissuration". Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD451.

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Abstract (sommario):

Les travaux de cette étude portent sur l'utilisation de l'approche locale de la rupture pour modéliser la propagation des fissures par déchirure ductile. Le logiciel de calculs développé, basé sur la méthode des éléments finis en milieu bidimensionnel, permet de simuler la courbe R (contrainte plane) obtenue jusqu'à présent de façon expérimentale à partir d'éprouvettes de laboratoire en Mécanique de la Rupture. Les résultats sont satisfaisants aussi bien au point de vue qualitatif que quantitatif. Une étude de convergence vis-à-vis de la taille du maillage en fond de fissure a permis de relier celle-ci à une caractéristique du matériau (la distance moyenne entre les plus gros composés intermétalliques). Le critère local employé, valide en plasticité étendue, vérifie également les propriétés fondamentales de la courbe R prouvant ainsi la bonne prise en compte par celui-ci du phénomène physique de la rupture. Il se révèle intrinsèque au matériau pour les géométries étudiées. La rupture instable observée pour des structures épaisses est reproduite par le logiciel sous hypothèse de déformation plane. Le bon comportement de la modélisation numérique permet maintenant d'envisager son application à la prédiction de la fissuration de structures réelles plus complexes que les éprouvettes de laboratoire.

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Caisso, Camille. "Caractérisation et modélisation de la rupture dans le domaine de la transition ductile-fragile de matériaux tubulaires utilisés dans la fabrication de générateurs de gaz pour airbags". Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0014.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur la caractérisation des mécanismes de rupture, ductile et fragile, de matériaux tubulaires utilisés pour la fabrication de générateurs de gaz pour airbag. Lors d’un accident, le coussin d’un airbag est gonflé en quelques millisecondes par un générateur de gaz. En cas de défaillance de ce dernier, un mode de rupture ductile doit être assuré jusqu’à des températures de -60°C. Un essai Charpy sur éprouvette anneau a été proposé pour quantifier le risque de rupture fragile des matériaux des générateurs de gaz. Cependant, cette modification de l’essai Charpy soulève deux problématiques : dans quelle mesure cet essai permet de caractériser la transition ductile-fragile et comment déduire le risque de rupture fragile d’un générateur de gaz en fonctionnement à partir des résultats des essais Charpy ? Pour répondre à ces questions, une approche combinant essais et simulations numériques a été mise en place. Différents essais ont été développés afin de caractériser le comportement et l’endommagement ductile du matériau de l’étude. Une approche locale de la rupture ductile a été adoptée pour la modélisation. Ensuite, une campagne d’essais Charpy sur anneau effectuée pour des températures comprises entre -160°C et 23°C a permis de caractériser la transition ductile-fragile. Une étude numérique de cet essai a été menée puis couplées aux essais Charpy, cela a permis de mettre en place une modélisation de la rupture fragile. Le risque de rupture fragile des éléments structuraux de générateurs de gaz est enfin évalué. L’influence du procédé de fabrication sur le risque de rupture fragile a aussi été étudiée
This work deals with the characterization of the ductile and brittle failure mechanisms of tubular materials used for the manufacture of airbag gas generators. During a crash, airbag cushion is inflated in a few milliseconds by a gas generator. In case of gas generator failure, a ductile failure mode must be ensured up to temperatures of -60°C. A Charpy ring test has been proposed to quantify the risk of brittle failure of gas generator materials. However, this modification of the Charpy test raises two issues: to what extent does this test allow to characterize the ductile-fragile transition and how can the risk of brittle failure of an operating gas generator be deduced from the results of the Charpy test? To answer these questions, an approach combining experiments and numerical simulations was implemented. Various experimental configurations were developed in order to characterize material behavior and ductile damage. The ductile failure is modeled with a local approach. Then, ductile to brittle transition was characterized by a Charpy ring test campaign performed for temperatures between -160°C and 23°C. A numerical study of this test was carried out. Coupled with the Charpy tests, it allowed to set up a model of the brittle failure. The risk of gas generators brittle failure is finally evaluated. The influence of the manufacturing process on the risk of brittle failure was also studied

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Aslan, Ozgur. "Simulation numérique de la fissuration par fatigue dans les monocristaux de superalliages à base de nickel". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00540893.

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Abstract (sommario):

Les composants monocristallins fonctionnant à des températures élevées sont soumis à des conditions de chargement thermo-mécanique sévères. La géométrie et le comportement de ces composants sont très complexes. Un défi majeur est de développer des modèles mathématiques afin de prévoir l'initiation et la propagation de fissures en présence de contraintes importantes et de forts gradients de température. Dans ce cas, le comportement élastoviscoplastique fortement anisotrope du matériau étudié (superalliage à base Ni) doit être pris en compte. Le modèle correspondant doit être en mesure de rendre compte de la croissance anisotrope des fissures et de leur bifurcation dans des champs de contrainte complexes. De plus, le modèle doit être capable de prédire non seulement le taux de croissance des fissures mais aussi les chemins de fissuration. La mécanique de l'endommagement anisotrope est un cadre théorique bien adapté au développement de modèles de croissance de fissures dans les monocristaux. Au cours d'études précédentes, une loi de comportement couplant plasticité cristalline et endommagement cyclique a été développée, démontrant l'intérêt de cette approche, mais aussi ses limites, notamment du fait de la dépendance au maillage des résultats. Le développement récent de modèles non-locaux dans le cadre de la mécanique des milieux continus pourrait ainsi aider à surmonter ces difficultés. Une grande base expérimentale existe concernant l'initiation et la propagation de fissures dans les superalliages monocristallins à base de nickel. Les simulations thermomécaniques par éléments finis des aubes de turbine fournissent des informations détaillées sur la distribution des contraintes et des déformations plastiques, en particulier près de singularités géométriques comme les trous et les fentes de refroidissement. Tout d'abord, sur la base de la théorie de la plasticité cristalline qui établit un lien solide entre les contraintes et les déformations plastiques, un modèle découplé en mécanique de l'endommagement basé sur l'historique des calculs par éléments finis sera présenté. Ensuite, un modèle d'endommagement incrémental basé sur les milieux généralisés sera proposé et enfin, les prédictions du modèle pour l'initiation et la croissance de micro-fissures en résolvant le problème de dépendance au maillage seront discutés.

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Barbier, Damien. "Étude de la sensibilité aux gradients thermiques de billettes lors des opérations de réchauffage". Thesis, Valenciennes, 2013. http://www.theses.fr/2013VALE0040/document.

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Abstract (sommario):

Dans le cadre des opérations de perçage, les billettes en acier subissent un réchauffage de la température ambiante à une température d’environ 1250°C. Au cours de ce réchauffage, le gradient de température dans les billettes entraîne la détérioration de la santé axiale de celles-ci et est à l’origine de l’apparition de défauts sur le tube formé. Une méthodologie d’analyse des mécanismes à l’origine de ces défauts a été mise en place. Elle se base sur la caractérisation de la santé axiale par essais rhéologiques permettant d’établir des indicateurs de ductilité et par des examens métallurgiques identifiant les défauts internes.L'étude de la sollicitation thermomécanique induite par le réchauffage du produit est analysée à l’aide de simulations numériques par éléments finis et les zones de sollicitations critiques associées au procédé sont identifiées. La caractérisation des anomalies observées sur les billettes est ensuite faite à partir d’essais de fissuration et de simulations numériques X-FeM. L’implémentation d’un critère de rupture en contrainte dans la simulation du cycle de chauffe a permis de définir les valeurs de gradient thermique limite et les courbes de chauffe optimales. Les analyses montrent que les conditions de chauffe en début de cycle thermique ont une forte influence sur la santé axiale des billettes. Les résultats de ces travaux conduisent à des solutions concrètes pour l’amélioration de la productivité
As part of the piercing operations, billets undergo a reheating process from room temperature to a temperature of about 1250°C. During this heating, the thermal gradient in the billet leads to a deterioration of the axial health and is responsible of the initiation ofdefects on the formed tube.A methodology for the analysis of the mechanisms at the origin of these defects has been established. It is based on first, the characterization of the axial health with hot rheological tests to establish some indicators of ductility and second, on metallurgical analyses to identify the internal defects.Then finite element simulations have been performed to study the thermo-mechanical loadings induced by heating. Critical solicitation zones of the product during the processes have been identified.Finally a characterization of the observed defects into the billets has been led coupling cracks growth tests and X-FeM numerical simulations. The implementation of the experimental stress failure criterion, in the simulation of the heating cycle allows to obtain good values of thermal gradient boundary curves and leads to optimal heating curves.The analysis shows that the conditions at the beginning of the reheating process have a strong influence on the axial health of the billets. The results of these studies lead to friendly industrial solutions for improving productivity

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Barrioz, Pierre-Olivier. "Rupture ductile des matériaux CFC irradiés". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN001/document.

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Abstract (sommario):

Le mode de rupture des alliages CFC est généralement de type ductile par des mécanismes de germination, croissance et coalescence de cavités internes micrométriques et peut être modifié par l’irradiation. L’irradiation neutronique de ces alliages conduit à la création de défauts cristallins qui induisent un durcissement, une perte de la capacité d’écrouissage, une chute très importante de la ténacité et un mode de déformation localisé à l’échelle intragranulaire. La compréhension des mécanismes physiques élémentaires de la rupture ductile est indispensable au développement de modèles quantitatifs pour prédire la ténacité des matériaux CFC irradiés. Pour cela, trois différents points ont été étudiés dans cette thèse : (1) L’influence de la localisation de la déformation induite par l’irradiation sur la croissance et la coalescence de cavités : des expériences modèles in-situ MEB de croissance et coalescence de cavités micrométriques dans des matériaux irradiés aux protons ont été réalisées. Les résultats montrent un effet limité de la localisation pour des cavités de la taille des grains et une diminution de l’influence de la localisation avec l’augmentation du niveau de déformation pour des cavités intragranulaires. Par conséquent, les modèles homogénéisés de matériaux poreux développés pour les matériaux non irradiés pourraientt être utilisés en première approximation pour modéliser la rupture ductile des matériaux irradiés. (2) Le comportement sous chargement mécanique de nano-porosités d’irradiation et leur contribution éventuelle à la rupture : l’étude expérimentale et numérique de la déformation de cavités dans un matériau nanoporeux a permis de mettre en évidence la très forte hétérogénéité de la déformation à cette échelle et l’absence d’effet de taille significatif sur la déformation des cavités de diamètre supérieur à 10 nm en traction simple. (3) Le développement de modèles homogénéisés de matériaux poreux valides aux fortes porosités : deux nouveaux critères de coalescence obtenus par analyse limite sont proposés et validés par comparaison à des simulations d’analyses limites numériques, dans le cas de cavités de type fissures et de cavités ellipsoïdales
The failure mode of FCC alloys is generally ductile through nucleation, growth and coalescence of micrometric voids, and can be modified by irradiation. Neutron irradiation of these alloys leads to the creation of crystalline defects that induce hardening, loss of work hardening capability, a very large drop in fracture toughness and a heterogeneous deformation mode at the grain scale. Understanding the elementary physical mechanisms of ductile fracture is essential for the development of quantitative models to predict fracture toughness of irradiated FCC materials. Thus, in this thesis, three different subjects have been studied. (1) Influence of the localization of deformation induced by irradiation on void growth and coalescence: Model experiments of growth and coalescence of micrometric voids in proton-irradiated materials have been performed based on SEM in-situ tests. Results show a limited effect of localization for grain-size voids and a decreasing influence of localization with increasing level of deformation for intragranular voids, so that homogenized models of porous materials developed for unirradiated materials may be used as a first approximation to model the ductile fracture of irradiated materials. (2) The behavior under mechanical loading of nanovoids generated under irradiation and their possible contribution to fracture: The experimental and numerical study of void deformation in a nanoporous material highlights the very strong heterogeneity of the deformation at this scale and the absence of significant size effect for voids of diameter greater than 10 nm under tensile loading. (3) Development of homogenized models for porous materials valid at high porosities: Two new coalescence criteria obtained by limit analysis are proposed and validated by comparison with numerical limit analysis simulations, in the case of penny-shaped cracks and ellipsoidal voids

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Delafosse, David. "Couplage thermomécanique et vieillissement : dynamique en rupture ductile". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1995. http://www.theses.fr/1995ECAP0399.

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Abstract (sommario):

Ce travail concerne la déformation plastique en pointe de fissure en cours de propagation par déchirement ductile. Deux types d'effets sont examinés: les effets de couplage thermomécanique en bout de fissure et les effets du vieillissement dynamique sur la rupture ductile. Trois alliages métalliques sont étudiés: un superalliage a base de nickel (N18), un acier extra-doux au carbone et un alliage Al-li (2091). L’étude expérimentale par thermographie infrarouge des effets de couplage thermomécanique en cours de propagation met en valeur la prédominance de la dissipation plastique dans le bilan d'énergie de la rupture ductile. Des simulations numériques dans lesquelles la déformation plastique est le seul mécanisme dissipatif considéré permettent de rendre compte de l'essentiel des échauffements mesures. L’étude des effets du vieillissement dynamique sur la rupture ductile porte sur l'alliage 2091 (Al-li). Un protocole expérimental basé sur la dépendance vitesse de déformation/température prévue par le modèle standard du vieillissement dynamique permet de mettre en évidence trois types d'effets. Un maximum de résistance au déchirement est associé au minimum de sensibilité à la vitesse en traction. Ce pic de résistance au déchirement est attribue, au travers d'une modélisation simple, à une augmentation de la dissipation plastique lorsque la sensibilité a la vitesse est abaissée. L’apparition d'hétérogénéités de déformation dans la zone plastique est observée dans le domaine de sensibilité à la vitesse négative. Une comparaison avec les résultats connus en traction nous permet d'associer cette déformation hétérogène à des instabilités Plc. Nous proposons un calcul simplifié de l'effet d'une localisation de la déformation sur l'écrantage en fond de fissure. Enfin, de petites instabilités de propagation sont observées lorsque la température d'essai excède celle du pic de résistance. Elles sont attribuées à une contre-réaction positive entre l'échauffement local en bout de fissure en cours de propagation et la variation de la résistance au déchirement avec la température.

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Enakoutsa, Koffi. "Modèles non locaux en rupture ductile des métaux". Paris 6, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01492088.

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Abstract (sommario):

On évalue dans la première partie, l'efficacité pratique de deux solutions au problème de la concentration infinie de la déformation et de l'endommagement dans le modèle de Gurson, sous l'angle de leur capacité à affranchir les résultats numériques qu'elles prédisent vis-à-vis de la taille de maille et à reproduire de manière satisfaisante les résultats d'expériences de rupture ductile. La première solution consiste à adopter dans les équations du modèle de Gurson une équation d'évolution non locale de la porosité, sous la forme d'une intégrale de convolution. La seconde est une extension de la technique d'homogénéisation de Gurson en condition de taux de déformation homogène au bord, au cas des conditions de taux de déformation inhomogène au bord. Dans la seconde partie, on définit un modèle pour un matériau ductile poreux à deux populations de cavités, étendant celui de Perrin et al. (2000) au cas de la prise en compte de la germination continue des petites cavités de la seconde population
In the first part, one assess the practical hability of two proposals of modolfication of the Gurson model to circumvent the problem of unlimited strain and damage localization in this model. The assessment of the model is based on two criteria, absence of mesh size effect in finish elements computations and agreement of experimental and numerical results for some typical ductile fracture tests. The first proposal consisted of adopting some nonlocal evolution equation for the porosity involving some convolution integral. The second proposal is an extension of Gurson's condition of homogeneous boundary strain rate, to the case of conditions of inhomogeneous boundary strain rate. In the second part, one define a model for porous ductile material containing two "populations" of cavities, extending that of Perrin et al. (2000) to the case where continuous nucleation of secondary small voids is taking into account

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Delafosse, David. "Couplage thermodynamique et vieillissement dynamique en rupture ductile /". Châtillon : Office national d'études et de recherches aérospatiales, 1995. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb35837286v.

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Gologanu, Mihai. "Etude de quelques problemes de rupture ductile des metaux". Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066661.

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Abstract (sommario):

Le modele de gurson decrit le comportement macroscopique d'un materiau ductile poreux contenant des cavites spheriques. Il est obtenu a partir d'une analyse-limite approximative d'une sphere creuse rigide-plastique, soumise a des conditions de taux de deformation homogene au bord. Afin d'incorporer les effets de forme des cavites dans ce modele, nous etendons l'approche de gurson au cas d'un volume ellipsoidal axisymetrique contenant une cavite ellipsoidale confocale. Ce modele comprend une surface de charge dependant de la porosite et du facteur de forme des cavites, et des lois d'evolution pour ces parametres. Nous exposons ensuite une etude analytique de la coalescence des cavites dans un materiau ductile contenant une distribution periodique de vides. Un premier modele generalise ceux de thomason et perrin ; il est fonde sur l'evaluation de la contrainte axiale provoquant l'ecoulement des ligaments horizontaux separant des cavites voisines. Un deuxieme modele est obtenu par l'homogeneisation d'un materiau fictif a deux phases, l'une saine et l'autre fortement poreuse, cense representer la concentration progressive des cavites dans certaines regions induite par la deformation. Le modele de gurson ne predit pas d'effet de rochet de la porosite au cours de chargements cycliques a triaxialite constante en valeur absolue, en contradiction avec l'experience. Nous montrons que cette insuffisance est due a la maniere dont gurson prend en compte les effets d'ecrouissage dans son modele, et aussi que l'amelioration proposee par perrin de cette prise en compte permet de pallier ce defaut. Enfin, nous exposons une analyse-limite d'une sphere creuse soumise a des conditions de taux de deformation inhomogene au bord. Le but est ici d'incorporer dans le modele de gurson l'effet de forts gradients des champs mecaniques a l'echelle d'une cellule representative (c'est-a-dire sur des distances de l'ordre de l'espacement entre cavites), apparaissant au voisinage de la pointe d'une fissure macroscopique.

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Blouin, Arnaud. "Rupture des liaisons bimétalliques dans la transition fragile-ductile". Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne), 2012. http://www.theses.fr/2014ENISE025.

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Abstract (sommario):

L’intégrité d’une structure est confirmée lorsque, pour toutes les conditions de fonctionnement, nominales ou accidentelles, celle-ci est apte à remplir ses fonctions mécaniques, et ce, pour toute sa durée de vie. Pour les composants les plus sensibles, la sureté nucléaire impose que la présence de défauts potentiels tels que des fissures soit envisagée et prise en compte lors de la conception afin d’assurer une tolérance aux grands défauts. Cette thèse contribue à la démonstration de l’intégrité du circuit primaire de refroidissement de l’EPR, réacteur de dernière génération développé par AREVA. On trouve, sur ses circuits de tuyauterie, des changements de matériaux qui nécessitent la mise en place de liaisons soudées bimétalliques. Démontrer la résistance à la rupture de ces soudures en faisant l’hypothèse de la présence de défauts tels que des fissures de surface fait partie intégrante du processus de dimensionnement, de validation de la conception et donc de la démonstration de l’intégrité des structures. Afin d’y parvenir, un modèle probabiliste assez simple pour être mis en œuvre par des industriels est exploité. Celui-ci présente un intérêt particulier puisqu’il est possible d’identifier ses paramètres à partir d’essais sur éprouvettes et de l’utiliser dans le cadre d’une étude sur structure dans la transition fragile-ductile. Deux cas de défaut conventionnel sont alors considérés, à savoir une fissure située sur une tubulure de circuit primaire et une autre située au niveau de la liaison bimétallique. Dans un premier temps, des essais de rupture sur éprouvettes sont menés afin de mieux appréhender la résistance à la rupture de la liaison soudée. Puis, dans le cadre d’une étude générique par calculs aux éléments finis, les probabilités de rupture associées à cette dernière sont comparées à celles de la tubulure en acier ferritique, elle-aussi sensible à la rupture brutale de par sa structure métallurgique. Finalement, cette confrontation montre, qu’à chargement équivalent, la liaison bimétallique a une bien meilleure résistance à la rupture que la tubulure en métal de base
The integrity of a structure is confirmed when, for all the operating conditions, nominal or accidental, the structure is able to achieve its mechanical functions, during its whole life cycle. For the most sensitive components, the nuclear safety authority requires conventional defects such as cracks to be considered within the design phase in order to ensure that these structures are tolerant to large defects. This thesis contributes to the demonstration of the main coolant line integrity of the EPR, the latest generation of reactor developed by AREVA. This piping system is composed of different materials and dissimilar metal welds (DMW) are needed. To demonstrate the fracture resistance of those welds taking into account large defects is part of the design process, as well as its validation and the demonstration of the integrity. To reach this goal, a probabilistic model, handy for industrials, is used. The first interest of this model is that it is possible to determine its parameters with tests on laboratory specimens and apply it directly to a structure case in the brittle to ductile transition. For that purpose, two cracks are considered, one in the ferritic base metal pipe of the main coolant line and another one located at the DMW. First, fracture tests are performed on specimens to better understand the fracture resistance of the weld. Then, based on finite elements analyzes, fracture probability occurrence of the DMW is compared to the one of the ferritic pipe, also sensitive to cleavage because of its metallurgical structure. Finally, this comparison shows that, for an equivalent mechanical loading, the DMW has a much better fracture resistance than the base metal pipe

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Barsoum, Imad. "Ductile failure and rupture mechanisms in combined tension and shear". Licentiate thesis, Stockholm, 2006. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-4064.

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Trillat, Malorie. "Analyse limite : application à la rupture ductile des matériaux poreux". Chambéry, 2005. http://www.theses.fr/2005CHAMS045.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse concerne l'étude du critère de rupture ductile des matériaux poreux en utilisant les techniques de l'homogénéisation, de l'analyse limite et des méthodes d'optimisation de type point intérieur. La validité du critère de Gurson, le plus utilisé par les codes élasto-plastiques pour les matériaux poreux, est étudiée. On se ramène à l'étude d'un Volume Elémentajre Représentatif (VER) dont la matrice, rigide parfaitement plastique, vérifie le critère de von Mises. Comme pour le critère de Gurson, les interactions entre les cavités et la coalescence ne sont pas prises en compte. On utilise les deux approches de l'analyse limite, via une discrétisation en éléments finis. Le problème d'optimisation résultant est résolu indépendamment en utilisant des codes d'optimisation commerciaux, XA et MOSEK. Nous avons montré que dans le cas d'un matériau poreux à cavités cylindriques, le critère de plasticité présente un point anguleux dans certains cas. En déformation plane généralisée, l'expression analytique de Gurson est trop restrictive et doit faire apparaître les différents paramètres de chargement. Pour un matériau à cavités sphériques, nous avons élaboré un nouveau modèle complètement tridimentionnel dont l'efficacité a permis de corroborer le critère de Gurson par l'approche statique pour la première fois. Dans le cas d'un VER contenant 35 cavités cylindriques, nous avons confirmé un critère bimodal en déformation plane généralisée. En contrainte plane, le VER n'est pas représentatif. On étudie pour finir un matériau de Gurson homogène. Pour déterminer la borne cinématique, nous avons élaboré une méthode basée sur le champ de contraintes et utilisant un optimiseur convexe à contraintes non linéaires mis au point au CORE (Centre of Operation Research and Econometrics) de Louvain la Neuve en Belgique. Cette technique constitue ainsi une méthode plus directe pour déterminer la borne cinématique, la seule information à fournir étant le critère de plasticité
This thesis concerns the study of the yield criterion of the porous materials using the homogeneization, the limit analysis and the interior point optimization. The yield criterion of a porous material using Gurson's model, the most widely accepted for such materials in elasto-platic codes, is investigated. The Gurson model idealizes the porous material as a single cavity in a homothetic cell composed of a rigid plastic Mises material, called the Representative Volume Element (RVE) in the following. In this model, the cavities don't have any interactions or coalescence. Then we use the two limit analysis approaches, via a discretization of the model in finite elements. They lead to non-linear optimization problems, solved either by two commercial (???j'ai change le “cormmecial”)codes, XA or MOSEK, both optimization codes based on so-called interior point methods. For porous materials with cylindrical cavities, the Gurson criterion appears to be insufficient. In the generalized plane strain case, an analytical expression of this true criterion must take the form of a function of the loading parameters, at least in a three-dimensional representation. Conversely, for a porous material with spherical cavities, a full 3D model is worked out. The Gurson approach is slightly improved and, for the first time, it is validated by our rigorous static and kinematic approaches. The study of a RVE with 35 cylindrical random cavities confirms a bimodal criterion in generalized plane strain. In plane stress loading, the RVE is not representative. A nonlinear interior point method for solving stress based upper bound problems is proposed. To solve the problem, we used a convex optimizer, written on Matlab, developed at CORE (Centre of Operation Research and Econometrics) of Louvain la Neuve in Belgium. Assuming a linear, continuous or discontinuous virtual velocity field, the method appears to be efficient and general. This method is straightforward, needing only the yield criterion as information on the material

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Papasidero, Jessica. "Etude expérimentale et numérique de la rupture ductile sous chargement multiaxial". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2014. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00945367.

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Abstract (sommario):

Une géométrie d'éprouvette tubulaire de traction-torsion entaillée a été optimisée pour caractériser l'effet de l'état des contraintes (triaxialité et paramètre de Lode) sur la ductilité des métaux à faible taux de triaxialité. Des essais biaxiaux proportionnels ou non, accompagnés de mesures des champs cinématiques par stéréo-corrélation d'images ont été réalisés sur un acier 36NiCrMo16 revenu et un alliage d'aluminium 2024-T351. Les trajets de chargement à rupture (évolution au point critique de la déformation plastique équivalente, de la triaxialité des contraintes et du paramètre de Lode) ont été obtenus. L'évolution de la ductilité de l'alliage d'aluminium en fonction de la triaxialité obtenue en traction-torsion diffère notablement de celle obtenue par Bao et Wierbicki en 2004 qui suggérait une ductilité minimale en cisaillement, tandis que la technique de traction-torsion révèle une ductilité maximale en cisaillement. Un effet notable des trajets de chargement non monotones ou non proportionnels sur la ductilité a été mis en évidence au moyen d'essais séquentiels composés d'un pré-chargement en compression, torsion ou traction, suivi d'une séquence de chargement proportionnel en traction-torsion combinées. Des observations au MEB de coupes métallographiques à l'issue d'essais biaxiaux interrompus, ainsi qu'un suivi en temps réel de la déformation et de l'endommagement en surface, lors d'essais de torsion dans le MEB et un essai de fissuration couplé à un suivi 3D de l'endommagement par laminographie sous rayonnement synchrotron ont mis en évidence des phénomènes de localisation à de multiples échelles ainsi que la croissance de certaines cavités, même en cisaillement pur, qui contraste avec l'affaissement total prédit par les modèles de cellule élémentaire. Ceci semble lié à l'allongement axial significatif mesuré en torsion pure (effet Swift). La localisation par cisaillement apparaît comme le mécanisme prédominant de coalescence des cavités, ce qui justifie l'adoption d'un critère d'initiation de la rupture de type Hosford-Coulomb. Utilisé en conjonction avec un indicateur non-linéaire d'endommagement il permet de rendre compte des ductilités mesurées, y compris sous chargement potentiellement non-proportionnel.

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Shakoor, Modesar. "Modélisation numérique tridimensionnelle des mécanismes de rupture ductile à l'échelle microscopique". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM049/document.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse de doctorat est de contribuer à une meilleure compréhension et modélisation de la rupture ductile lors de la mise en forme des métaux. Cette mise en forme se réalise en général par une série de chargements thermomécaniques où de multiples paramètres comme le type et la direction de chargement varient. Des outils de simulations prédictifs sont nécessaires pour modéliser les mécanismes de rupture, et ensuite optimiser les coûts de production.La rupture ductile des matériaux métalliques est précédée par la détérioration progressive de leur capacité de charge due à la germination, croissance, et coalescence de cavités microscopiques. Dans ce travail, une approche micromécanique est développée afin de conduire des simulations éléments finis réalistes et à champ complet de la rupture ductile à l'échelle microscopique. Des méthodes de génération et d'adaptation de maillage s'appuyant sur des fonctions de niveau sont proposées pour discrétiser la microstructure. Avec ces méthodes, les propriétés géométriques des fonctions de niveau sont conservées, ainsi que le volume et la morphologie de chaque composante de la microstructure, et ce pour de grandes déformations plastiques. Ces méthodes numériques sont étendues pour permettre la modélisation de fissures aux interfaces entre certaines composantes de la microstructure, ou à l'intérieur même de ces composantes. Une nouvelle méthode de détection de contact par adaptation de maillage est aussi développée.L'intérêt de ces développements numériques et modèles micromécaniques est démontré tout d'abord pour des microstructures générées statistiquement. Ensuite, une nouvelle méthodologie est proposée pour modéliser des microstructures réelles (laminographie in-situ) avec des conditions aux limites mesurées expérimentalement (corrélation d'images volumiques)
The present PhD thesis aims at a better understanding and modeling of ductile fracture during the forming of metallic materials. These materials are typically formed using series of thermomechanical loads where many parameters such as loading type and direction vary. Predictive numerical tools are necessary to model fracture mechanisms, and then optimize production costs.Ductile fracture in metallic materials is the result of a progressive deterioration of their load carrying capacity due to the nucleation, growth, and coalescence of microscopic voids. In this work, a micromechanical approach is developed in order to conduct realistic full field finite element simulations of ductile fracture at the microscale. Meshing and remeshing methods relying on the use of Level-Set functions are proposed to discretize the microstructure. Thanks to these methods, the geometric properties of Level-Set functions are preserved, as well as the volume and morphology of each component of the microstructure, even at large plastic strains. These numerical methods are extended to account for cracks and model the failure of some components of the microstructure, or interfaces between them. A new contact detection method based on mesh adaptation is also developed.The interest of these numerical developments and micromechanical models is first demonstrated at the scale of representative volume elements with statistically generated microstructures. Then, a new methodology is proposed to conduct simulations of real microstructures observed via in-situ X-ray laminography, with boundary conditions that are measured using digital volume correlation techniques

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Iung, Thierry. "Propagation rapide et arrêt des fissures dans les aciers pour gazoducs : rupture par clivage et rupture ductile". Paris, ENMP, 1994. http://www.theses.fr/1994ENMP0496.

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Abstract (sommario):

La maitrise de la propagation et de l'arrêt d'une fissure dans un gazoduc permet d'atteindre un niveau de fiabilité plus élevé. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés, sur un acier pour tubes Ferrito-perlitique, à la rupture par clivage (A -196c) et à la rupture ductile (A +20c). Dans chaque cas, des expériences originales nous ont permis d'étudier précisément la propagation et l'arrêt des fissures. Pour nos géométries d'essai, des simulations numériques en dynamique nous ont montré que les effets d'inertie, liés à la vitesse de propagation élevée (500 à 1000m/s pour le clivage et 30m/s pour la déchirure ductile), sont négligeables. Cependant, la grande vitesse de déformation à la pointe de la fissure entraine notamment une augmentation de la limite d'élasticité de l'acier, et donc du niveau de contrainte en pointe de fissure. Ce phénomène permet d'expliquer la diminution, observée expérimentalement en clivage, de la ténacité de l'acier lorsque la vitesse de propagation augmente. La conclusion est inversée pour la rupture ductile car la propagation de la fissure est alors contrôlée, non plus par la contrainte, mais par la déformation. Les mécanismes de rupture sont étudiés sur des coupes métallographiques et des examens fractographiques. La déchirure ductile rapide se caractérise par l'apparition d'une localisation de la déformation qui entraine une rupture prématurée de l'acier, et donc une chute de sa ténacité. En clivage, le phénomène important est la présence de ligaments de matière laissés en arrière du front de fissure lorsque celle-ci avance. La majeure partie de l'énergie est dissipée lors de la déchirure de ces ligaments, plus ou moins nombreux d'un essai à l'autre. Leur distribution statistique a été reliée, par un modèle simple et de manière quantitative, à la forte dispersion dans les mesures de ténacité à l'arrêt. Ces observations nous ont permis de donner des guides pour la production d'aciers plus résistants vis-à-vis de la propagation des fissures

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Marie, Stéphane. "Approche énergétique de la déchirure ductile". Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2260.

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Abstract (sommario):

Cette etude porte sur l'amorcage et la propagation de fissure en dechirure ductile. Elle a pour ambition de proposer une approche pour l'ingenieur permettant la prediction de l'evolution des fissures dans des composants reels de grande dimension, a partir de parametres determines sur eprouvettes de caracterisation. Un critere d'amorcage, definissant une tenacite ji reliee aux phenomenes d'emoussement en pointe de fissure, propose dans la litterature, est valide dans le cadre de ce travail en montrant notamment sa transferabilite d'eprouvettes aux structures. L'etude bibliographique montre qu'une approche basee sur l'energie dissipee dans le processus de rupture en cours de propagation offre une solution simple et peu couteuse pour simuler de grandes avancees de fissure. Une methode numerique est-proposee pour estimer cette energie de rupture. L'existence d'un parametre energetique g#f#r est ainsi mis en evidence, en simulant la propagation par le relachement simultane de plusieurs elements et par l'utilisation de l'integrale de rice avec un contour d'integration original. Ce parametre represente l'energie necessaire pour une extension de fissure unitaire et apparait intrinseque au materiau. Un bilan energetique global permet de relier ce parametre a une variation de la composante plastique de l'integrale j, ce qui offre une seconde methode numerique pour simuler la propagation uniquement a partir de calculs numeriques stationnaires, ainsi que l'elaboration d'une methode simplifiee. Cette approche, utilisant deux parametres j#i et g#f#r, intrinseques au materiau et mesurables experimentalement sur eprouvettes de caracterisation, est validee sur de nombreux essais comme des tubes en flexion quatre points ou des anneaux fissurees en compression.

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Bauvineau, Laurent. "Approche locale de la rupture ductile : application à un acier carbone-manganèse". Paris, ENMP, 1996. http://www.theses.fr/1996ENMP0794.

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Abstract (sommario):

Cette etude concerne la dechirure ductile a 300c d'un acier au carbone-manganese presentant une forte teneur d'inclusions de sulfure de manganese. Le programme experimental a porte sur des eprouvettes fissurees et axisymetriques entaillees. Des eprouvettes fissurees originales (sent et ct avec petites fissures) ont ete employees et ont montre que les parametres j#l#c et dj/da ne sont pas des caracteristiques intrinseques au materiau mais dependent de la geometrie de l'eprouvette employee. L'etude sur les eprouvettes entaillees a mis en evidence l'influence de la taille de celles-ci sur les valeurs a rupture : les variations observees sont de plus de 25% sur les deformations moyennes a rupture. Les mecanismes de rupture sont etudies sur des coupes metallographiques, des examens fractographiques et des essais in situ. La naissance de l'endommagement se caracterise par la rupture ou la decohesion des sulfures de manganese qui sont regroupes en amas. Une analyse inclusionnaire appuyee par des acquisitions en analyse d'images et un traitement avec les cellules de voronoi a permis de definir les grandeurs associees aux inclusions. La simulation de la dechirure ductile a ete effectuee a l'aide de l'approche locale de la rupture. Plusieurs modeles d'endommagement ont ete utilises pour simuler la rupture de ce materiau. Les modeles, dits decouples, nous ont permis de reproduire les effets de la geometrie sur la tenacite a l'amorcage j#l#c. Le developpement de modeles, dits semi-couples, avec l'appui des resultats obtenus en analyse d'images permet de decrire les effets de geometrie et d'echelle pour des structures non fissurees. La representation de l'ensemble des observations experimentales (effet de la geometrie sur les courbes j-a, effet d'echelle) a ete possible grace aux modeles couples (potentiels de gurson et de rousselier). Une comparaison entre l'approche locale et l'approche globale a deux parametres a ete egalement abordee.

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Flandi, Laïla. "Rupture ductile des matériaux viscoplastiques poreux avec effets de forme des cavités". Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066116.

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Perrin, Gilles. "Contribution a l'etude theorique et numerique de la rupture ductile des metaux". Palaiseau, Ecole polytechnique, 1992. http://www.theses.fr/1992EPXX0017.

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Abstract (sommario):

Le premier chapitre presente un nouveau modele homogeneise pour un materiau poreux rigide-plastique ecrouissable, fonde sur le critere de gurson et sur une analyse approchee de l'etat d'ecrouissage microscopique. Le deuxieme chapitre expose la solution exacte du probleme d'une sphere creuse, constituee d'un materiau rigide parfaitement plastique poreux, sous sollicitation hydrostatique, et construit un schema autocoherent permettant de determiner une valeur theorique du parametre caracterisant les interactions entre cavites dans le modele de gurson-tvergaard, en bon accord avec les resultats experimentaux disponibles. Le troisieme chapitre prolonge le precedent en etudiant l'ecoulement de la sphere et la croissance des vides de la matrice; une forte croissance de la porosite est predite pres du vide central, ce qui pourrait expliquer certains resultats experimentaux de marini, mudry et pineau. Le quatrieme chapitre examine la croissance et la coalescence des cavites dans le cas d'une porosite inhomogene. La theorie developpee, qui predit une coalescence acceleree par la dispersion de la repartition de la porosite, reproduit bien les resultats de calculs numeriques de becker. Le cinquieme chapitre analyse certains phenomenes de bifurcation dans un materiau de gurson avec loi d'evolution non locale de la porosite, grace au formalisme de rudnicki-rice (dument discute et amende dans l'annexe a). Le sixieme chapitre donne des expressions analytiques de la porosite critique de coalescence et du facteur accelerateur de la croissance des vides, en bon accord avec les resultats de calculs numeriques de koplik et needleman. Le septieme chapitre propose une forme approchee du potentiel macroscopique d'un materiau rigide-viscoplastique poreux. Le huitieme chapitre applique deux schemas autocoherents a ce potentiel approche pour tenir compte des interactions entre cavites. Le neuvieme chapitre presente finalement certains resultats de calculs numeriques d'application utilisant le logiciel sysweld, dans lequel ont ete integres certains des travaux theoriques precedents

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Robin, Vincent. "DE LA MODELISATION NUMERIQUE DES PROCEDES ET DU SOUDAGE EN PARTICULIER AU COMPORTEMENT MECANIQUE DES ASSEMBLAGES". Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00711313.

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Abstract (sommario):

Aujourd'hui la simulation numérique du soudage apporte une solution à la maîtrise du procédé en prédisant l'état résiduel de la structure. Ainsi, l'un des objectifs de ce travail de thèse est de dresser un bilan de l'apport de la simulation des procédés et notamment du soudage dans le contexte industriel et d'établir une aide à la compréhension des phénomènes impliqués par la mise en place d'outils de modélisation numériques adaptés pour parvenir aux résultats attendus. Comme toute carte à l'échelle 1 se révélant inutile et inexploitable, nous ne proposerons pas un modèle physique unique et réel mais plutôt un ensemble d'approches phénoménologiques basées sur la compréhension des phénomènes physiques et qui permet, par la réduction du problème à partir d'hypothèses justifiées, à la simulation numérique d'atteindre les objectifs attendus par les industriels. Quel avantage existerait-t-il à disposer d'un modèle de même complexité que son objet ?

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Siruguet, Karine. "Rupture ductile à basse triaxialité : effet des inclusions sur la croissance et la coalescence des cavités". Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066591.

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Jeon, Kyeonglak. "Rupture en mode mixte I+II de l'acier inoxydable austénitique 316L". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0278.

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Abstract (sommario):

La stabilité de défauts en mode mixte I+II a été étudiée a l'aide de barreaux de flexion a quatre points d'appuis en acier inoxydable austénitique type 316L vieilli. Les expressions du moment de flexion et de l'effort tranchant, du rapport de mixité, de la charge limite et de la force d'extension de fissure J sont établies et comparées avec les résultats de calculs élastoplastiques par éléments finis. À partir de résultats d'essais et de calculs, l'application et la validation de la règle r6 et de certains critères locaux (modèles de Beremin, de McClintock, de Guennouni-François et de Lemaitre) sont réalisées. Pour la règle r6, on constate que la courbe de non-rupture dépend peu du mode de chargement et de la géométrie de l'éprouvette. L’option 1 est conservative pour tous les essais effectues, mais l'option 3 apparait généralement non conservative surtout pour les cas proches du mode i. Il faut noter que ce non-conservatisme apparent est probablement du à la définition différente de l'amorçage des éprouvettes ctj25 et des barreaux de flexion. D'après les critères locaux utilisés, on constate que les paramètres d'endommagement correspondant à la charge à l'amorçage sont assez stables, particulièrement dans les modèles de Beremin et de Guennouni-François sauf pour les barreaux de flexion dans les cas les plus proches du mode I. Il est important de souligner que l'utilisation de ces critères locaux est douteuse dans le cas des éprouvettes ae à cause de l'influence probable de la rupture des bandes de ferrite transformée. Des examens fractographiques sont également discutes pour différents modes de rupture

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Court, Germain. "Prévision objective de la rupture ductile en grandes déformations sous sollicitation dynamique : Modèle d’épuisement plastique à taux limités". Cachan, Ecole normale supérieure, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00341991/fr/.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est de proposer une modélisation du comportement des matériaux ductiles permettant de mener des simulations robustes, c'est à dire sans dépendance au maillage, jusqu'à rupture. L'approche proposée dans ce travail repose sur la notion de variable à taux limité (limiteur temporel de localisation) : la rupture est vue comme un phénomène fortement dynamique et les modèles à taux limités visent à contrôler cette dynamique. Un modèle "d'épuisement plastique à taux limité" est ainsi proposé, permettant de modéliser en grandes déformations (phénomène de striction) l'initiation et la propagation de fissures dans des structures métalliques sollicitées en dynamique. Le modèle présente l'avantage d'être facilement utilisable dans le cadre d'une formulation EF classique, car il reste local. L'inconvénient principal de l'approche proposée est de nécessiter des calculs en dynamiques, tout au moins pour la phase de rupture. Des simulations menées avec le code ABAQUS/Explicit en contraintes planes avec le modèle" d'épuisement plastique à taux limité", permettent de confirmer les résultats théoriques obtenus par le modèle proposé et en particulier l'indépendance des résultats au maillage (taille et orientation). Ces simulations permettent d'identifier un jeux de paramètres matériaux à l'aide de comparaisons avec des essais dynamiques sur éprouvettes trouées, filmés à l'aide d'une caméra rapide et analysés par corrélation d'image. La validation des capacités prédictives du modèle est alors illustrée par confrontation entre des simulations numériques et des résultats expérimentaux obtenus sur éprouvettes lisses
The aim of this thesis is to propose a robust modelling for ductile materials allowing the performance of numerical simulations up to failure without mesh dependency. The approach relies on model with bounded rate variable (time localization limiter) : failure is considered as a high dynamic phenomenon and models with bounded rate aim at controlling this dynamic effect. A model dedicated to ductile failure is proposed and allows simulating accurately with finite strain approach (necking) both crack initiation and crack propagation of metallic structures dynamically solicited. The main advantage of the model is that it is local and also leads to standard F. E. Code development. The main drawback is that a dynamic resolution is required, at least for the failure process. Simulations in plane stress performed with ABAQUS/Explicit and with the enhanced model confirm the theoretical conclusions and the capabilities of the model to provide results without mesh dependency (mesh size and mesh orientation specifically). It is possible to identify a set of parameters thanks to comparisons between those simulations and test results of test coupon with hole, subjected to a dynamic loading, filmed with a high speed camera and analyzed by digital image correlation. The capacity of the model to provide predictive simulations up to failure is then illustrated with comparison between numerical and test results of test coupons without hole

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Gouair, Hassan. "Approche probabiliste de la rupture fragile et ductile à grandes vitesses de déformations". Metz, 1994. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1994/Gouair.Hassan.SMZ9434.pdf.

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Abstract (sommario):

Au cours de ce travail, nous avons procédé a l'examen des mécanismes de rupture initiés à partir d'entaille sous sollicitations dynamiques. Deux types de ruptures ont été examinés: la rupture fragile sur un verre et un alliage de molybdène TZM, et la rupture ductile sur un acier XC18. Notre travail a montré l'intérêt d'utiliser des éprouvettes entaillées préférentiellement aux éprouvettes fissurées et le bien-fondé d'une approche en terme de facteur d'intensité de contraintes d'entailles. Il a été constate que les mécanismes de rupture sont identiques sous chargement statique et dynamique. Toutefois, nous avons remarqué une augmentation de la dispersion des résultats que ce soit en rupture fragile ou en rupture ductile. Cette augmentation de la dispersion tire son explication de la multiactivation des défauts. Nous avons particulièrement mis en évidence ce point en rupture ductile par observation du nombre de cupules par unité de surface. Nous avons développé pour traiter ce problème une approche microstatistique. Deux possibilités aux départs: le nombre de défauts activés est inconnu et un modèle microstatistique permet d'en connaitre le nombre par unité de volume à partir des résultats phénoménologiques, le nombre de défauts activés est obtenu expérimentalement et la modélisation microstatistique permet de prévoir les résultats phénoménologiques, approche que nous avons suivi dans le cas de la rupture ductile. Ces deux approches bien qu'encore rudimentaires nous ont donné des résultats prometteurs
In this work we have examined fracture initiations mechanisms on notches under dynamic loadings. Two kinds of fractures where examined : the brittle fracture of a glass and a molybdenum alloy TZM and the ductile fracture of a XC18 steel. Our work point out the interest of using notched specimens instead of craked specimens for fracture toughness evaluation and justifies the notch stress intensity factor approach. We have observed that the fracture mecanisms under static and dynamic loads are the same. However we have noticed an increase in the scattering of results in both types of fracture. This increase is explained by the multiactivation mecanism of structure defects. We have particulary shown this point for ductile fracture by observation of the number of cavity per fractured area. To solve this problem we have developped a microstatistic approach. Two possibilities are available : the numer of activated defects is unknown and a microstatistic model allows to know this number per volume unit from phenomenological results, the number of activated defects is experimentaly obtained and microstatistic allows to forsee phenomenological results. We have followed this approach in the case of ductile fracture of a steel. These two approaches although elementary got us promising results

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