Modélisation méso-macro de la localisation de la déformation : étude de la sensibilité au cisaillement adiabatique d'un acier à blindage

Meso-macro modelisation of the localization of the deformation

• Auteur / Autrice : Frédéric David
• Direction : Marcel Berveiller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Microstructure (physique)

Élasticité

Modèles mathématiques

Cisaillement (mécanique)

Résumé

L'objectif du travail présenté est consacré à l'étude de la localisation de la déformation plastique au moyen d'une modélisation originale alliant la mécanique et la microstructure du matériau. Cette modélisation est appliquée au cisaillement d'un acier à blindage, dans le cadre d'une étude de sa sensibilité au cisaillement adiabatique. Elle est basée sur les développements de la théorie mécanique des matériaux micro-hétérogènes à microstructure évolutive. Les hétérogénéités de la microstructure créées lors de la déformation plastique par les mouvements des dislocations et leurs interactions forment un réseau intragranulaire de cellules ou de groupes de cellules mobiles. Cet amas local de cellules peut être schématisé à une échelle mésoscopique par une "inclusion" dont la frontière est mobile. Nous présentons l'application du modèle biphase de l'inclusion plastique à frontière mobile de H. Sabar et M. Berveiller au cisaillement de cet acier, en parallèle à des essais de torsion et de poinçonnage progressif réalisés pour l'étude expérimentale. Le modèle simplifié, unidimensionel et en cisaillement simple isotherme, utilise des données mécaniques globales du matériau issues des essais mécaniques statique et dynamique pour déterminer ses caractéristiques, et des données topologiques de la microstructure basées sur des observations en microscopie électronique (meb/met) adéquates à ces échelles. La description de la modification de cette méso-structure au cours de la déformation de cisaillement montre qu'il est possible de prévoir la localisation de la déformation, et de préciser la sensibilité d'un matériau au cisaillement adiabatique par extension de cet aspect prévisionnel de la ruine. L'étude de la sensibilité du modèle à ses paramètres s'inscrit dans une recherche d'application a d'autres matériaux que l'acier de notre étude. L'intérêt de ce type de modélisation est de proposer aux élaborateurs de matériaux un outil numérique qui associe des données microscopiques (ou méso) accessibles aux métallurgistes, à des caractéristiques mécaniques globales du matériau final souhaité. La conception de matériaux nouveaux et l'amélioration de ceux existants est une application de cette modélisation

Since the last ten years, the study of adiabatic shear bands (ASB) has ben oriented on the analysis of local phenomena which govern the localization of deformation. The importance of the microstructure (cells of dislocations or dislocations walls) was pointed out and a new subject of interest is to understand the specific characteristic mechanisms of adiabatic shear initiation. We developed a simplified meso-macro mathematical model based on the plastic inclusion with moving boundaries (Sabr & Berveiller, 1990) to try to describe the early stage microstructure evolution in this very narrow sheared surface and the strain localization. We made the hypothesis that the inclusion could be modeled by cells of dislocations or groups of dislocations cells at a meso-level. We used a progressive punching test with split Hopkinson bars which allowed us put a piston pressure on a cylindrical round shape sample of an armour martensitic steel, in a range of increasing strain rates. The complex and extremely refined microstructure required to observe this band in transmission electronic microscopy on several zones in the depth of the sharp band to understand the inside state evolution. The interesting point is to observe different stages of adiabatic sheared zones and very high sheared zones the strain gradient within the same sample is important to identify the initialization conditions of adiabatic shear band. We also developed a model to study the behaviour of materials when localization of deformation appears. The interest is to propose a technical methodology for others materials and their improvement in industrial applications cases