Simulation numérique des conséquences métallurgiques et mécaniques induites par une opération de soudage : acier 16MND5

= Numerical Simulation Of Metallurgical And Mechanical Consequences Induced During Welding : 16MND5-Steel

• Auteur / Autrice : Yannick Vincent
• Direction : Philippe Gilles, Jean-François Jullien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : URGC - Unité de Recherche en Génie Civil (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Soudage

Simulation par ordinateur

Résumé

Ce travail concerne la modélisation des phénomènes thermique, métallurgique et mécanique que l'on rencontre dans la zone affectée thermiquement. Il porte plus particulièrement sur l'analyse, le développement et la validation de modèles de comportement mécanique qui prennent en compte les changements de phase à l'état solide. Les études sont pratiquées sur un acier faiblement allié en carbone manganèse de type 16MND5. Cet acier est utilisé pour la fabrication des cuves de réacteur nucléaire à eau préssurisée. Ces travaux constituent une étape, dont la finalité est la prévision des contraintes résiduelles induites par une opération de soudage. Les analyses expérimentales sont conduites sur des exemples analytiques de difficultés croissantes allant d'un comportement majoritairement uni-axial jusqu'à un comportement cyclique tridimensionnel. Des simulations numériques conformes aux essais réalisés, sont pratiquées avec le logiciel SYSWELD (E. S. I. ). Les analyses comparatives apportent alors un jugement global, sur l'aptitude du code de calcul utilisé, à décrire le comportement structural dans les cas particuliers considérés. Cette étude permet de tester les modèles couplés thermo-métallurgiques et thermo-mécaniques, d'apprécier les effets d'hypothèses d'identification des lois de comportement, de déterminer l'influence des différents phénomènes à prendre en compte tels que : la plasticité de transformation, la plasticité classique polyphasée, la restauration d'écrouissage. . . Un des points importants issus des précédentes analyses montre que les phénomènes liés à la viscosité ne peuvent être négligés à haute température. Aussi nous visons, dans la dernière partie de cette thèse, l'établissement d'une loi de comportement élasto-viscoplastique qui tient compte des transformations structurales à l'état solide. Pour satisfaire cet objectif, nous nous appuyons sur les développements déjà réalisés en plasticité par J. B. Leblond. Cette modélisation envisage un passage du mesoscopique au macroscopique, en déterminant le comportement macroscopique à partir d'une déscription des mécanismes élémentaires de déformation et de leur intégration dans un traitement de changement d'échelle. Une première validation est conduite sur la base d'essais unidimensionnels de type ''Satoh''.

This work carries on the modeling of thermal metallurgical and mechanical phenomena which take place in the heat affected zone during welding. It relates more especially to the analysis the development and the validation of behaviour models incorporating the phase transformation in solid state. Studies are performed on carbon manganese steel (16MND5 in AFNOR norm). The experimental analyses are performed on analytical examples, of increasing difficulties going from a uniaxial behaviour until a three-dimensional cyclic one. The numerical simulations, in conformity with the test carried out, are performed with the SYSWELD® (E. S. I) software. The comparative analyses provide a global agreement on the ability of numerical codes used to describe the structural behaviour in the par1icular cases considered. This study allow to test the thermo-rnetallurgical and thermo-mechanical models, to determine the influence of the various phenomena to take into account such as : the TIP (plasticity induced transformation), the possible recovery of strain hardening of the mother phase and the classical elastoplastic behaviour of mixtures of two different phases. . . One of the significant points resulting from the preceding analyses shows that the phenomena related to the viscosity cannot be neglected at high temperature. Therefore in the last part of this thesis, we present a generalization of the Leblond model for the plastic behavior of steels during phase transformations taking viscoplastic effects into account. The model presented rests on a micromechanical approach. This generalization is obtained by considering the yield stress of the phases as a function of the viscoplastic strain rate. The model presented has been implemented in the finite element software SYSWELD®. The numerical formulation has been achieved in such a way that plastic as well as viscoplastic phases can be considered. The first validations proposed are performed on the basis of unidimensional tests of type “Satoh”.