Modélisation et simulation de la viscoplasticité et de l'endommagement en grandes vitesses de déformation

Modelling and simulation of viscoplasticity and damage at hight strain rates

• Auteur / Autrice : Laurence Campagne
• Direction : Saïd Ahzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Viscoplasticité

Modèles stochastiques d'apprentissage

Déformations (mécanique)

Résumé

La modélisation du comportement mécanique des matériaux doit être de plus en plus fine afin d'obtenir des calculs de plus en plus prédictifs et des dimensionnements optimaux. Il est nécessaire parfois que ces modélisations tiennent compte des processus d'endommagement et de rupture notamment pour le dimensionnement de pièces de sécurité et l'optimisation des faciès de rupture dans le cas de découpe. L'objectif de ce travail est de proposer une approche physique (locale) basée sur la théorie des mouvements de dislocations pour la description de la viscoplasticité et de la rupture des matériaux métalliques ductiles et de la mettre en œuvre dans le cadre des éléments finis pour la prévision de la dégradation et de la ruine de structures sous sollicitations endommageantes. Les mécanismes de rupture et de plasticité dans les matériaux polycristallins sont souvent contrôlés par le mouvement des dislocations. Ainsi, une description du processus d'endommagement par germination, croissance de micro cavités selon une approche micro statistique est proposée liant l'évolution des processus physiques (microscopiques) aux grandeurs macroscopique. La robustesse du modèle proposé pour localiser les différentes zones de rupture dynamique est validée en traitant plusieurs problèmes de choc par simulation numérique en utilisant le code Abaqus sous schéma explicit: l'impact plan (deux types de géométries sont considérés), l'impact de Taylor et la perforation. Il apparaît que l'approche physique proposée permet d'obtenir de bons résultats numériques qualitatifs dans différentes applications de dynamique rapide. On a mis en évidence les difficultés liées aux grandes vitesses de déformations et les limites majeures liées à l'impossibilité de gérer de façon simple des zones de discontinuité.

Modeling of mechanical behaviour of materials must be more accurate in order to obtain better predictive numerical results and well optimised design. In some applications such as safety design and optimisation of processing, modeling must take into account damage and failure processes. The objective of this work is to propose a mechanistic approach based on the theory of dislocation motion to describe the viscoplasticity and failure in ductile metals and to implemente this approach in a finite element code to predict the damage and failure in structures under damaging loads. The mechanism of failure and plasticity in polycrystalline metals is often dislocation controlled. Therefore, the description of the damage process involving the nucleation and the growth of voids with a micro statistical approach is proposed. This approach connects the macro mechanical behavior to the physical processes at the micro level. The model capabilities in predicting dynamic failure are validated by simulating different shock problems using the finite element code Abaqus/Explicit: planar impact (two geometries are considered), Taylor impact and perforation. It appears that the proposed mechanistic approach enables us to predict qualitatively good numerical results for various dynamic applications. The difficulties linked to high strain rates and the main limits due to the impossibility of managing discontinuities easily are discussed.