Endommagement ductile des matériaux métalliques sous chargement dynamique : application à l'écaille

Ductile damage of metallic materials under dynamic loading : application to spalling

• Auteur / Autrice : Christophe Czarnota
• Direction : Alain Molinari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ductilité

Matériaux

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Mots clés libres

Endommagement ductiles

Résumé

Le phénomène de rupture dynamique suscite, dans le monde de la recherche, une attention toute particulière aussi bien pour les applications industrielles (mise en forme, UGV,…), médicales (chirurgie par choc laser,…) que militaires (perforation, impact,…). Ce processus se déroule en trois étapes : nucléation, croissance et coalescence de vides. Le but de ce travail est de mode��liser l’endommagement par croissance de cavités des matériaux métalliques ductiles soumis à un chargement dynamique. Le matériau est supposé initialement sain (ne contient aucun vide). L’e��tape de nucléation est prise en compte en considérant une description statistique de pressions de cavitation. Lorsqu’une valeur limite de pression est atteinte, pour un site potentiel donné, un vide apparaît spontanément et commence à croître par déformation plastique de la matrice. Après une étude préliminaire sur les moyens de déduire le comportement macroscopique à partir de l’évolution individuelle des vides, un schéma d’homogénéisation de type "même condition en contrainte" est adopté. Il est alors souligné le lien entre les effets inertiels et l’hétérogénéité de l’endommagement. Il est également mis en évidence, dans la construction du modèle d’endommagement, la nécessité de tenir compte des effets de la porosité sur la contribution micro-inertielle et sur la chute de résistance de la matrice viscoplastique. Le modèle est ensuite implanté dans le code de calcul par éléments finis ABAQUS/EXPLICIT. Des simulations numériques du test d’impact de plaques révèlent une bonne concordance avec les données expérimentales sur le Tantale. Il se dégage de cette étude une meilleure compréhension du phénomène d’écaillage

From many years, a very special attention is paid to dynamic fracture in the industrial (forming process, high-speed machining,. . . ), as well as in the medical (laser shock surgery,. . . ) or military (perforation, impact,. . . ) sectors. Ductile fracture has been observed to result from the nucleation, growth and coalescence of voids. The aim of the present work is to develop a ductile damage model for metallic materials subjected to dynamic loading. The material domain is assumed initially free of voids and the nucleation stage is accounted for by a statistical description of potential nucleation sites. When the pressure overcomes a critical value at a given site, a void is appearing spontaneously and starts to grow by plastic deformation of the matrix material. After a preliminary study on different homogeneous schemes describing the macroscopic behaviour deduced from the local behaviour of all unit cells, a “same applied stress” type approach is adopted. It is shown that micro inertia effects are closely related to the damage heterogeneity within the material. It also appears of the utmost importance to take into account the effect of the porosity on the inertial contribution and on the loss of viscoplastic matrix resistive strength. Afterwards, the modelling is implemented in the finite element code ABAQUS/EXPLICIT. Numerical simulations of plate impact experiments are conducted and reveal a good accuracy with experimental data on tantalum material. The proposed work provides a better comprehensive of spalling phenomenon