Contribution à l'étude du comportement thermomécanique de matériaux métalliques

Contribution to the study of the thermomechanical behavior of metallic materials

• Auteur / Autrice : Nathanaël Connesson
• Direction : François Maquin, Fabrice Pierron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes Mécaniques et Matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aluminium

Acier martensitique

Acier inoxydable

Thermographie

Écrouissage

Frottement interne

Amortissement (mécanique)

Viscoélasticité

Matériaux

Dissipation d'énergie

Résumé

Le comportement thermomécanique des matériaux a parfois été utilisé pour déterminer des propriétés en fatigue ou d’autres caractéristiques mécaniques des matériaux. Cependant, ces méthodes empiriques manquent de justification physique. Ce travail de thèse a donc eu pour objectif d’apporter des réponses aux questions : quels phénomènes physiques sont-ils à l’origine des échauffements des matériaux ? Quelles informations peut-on obtenir par l’intermédiaire de mesures thermiques ? Après avoir développé et caractérisé une méthode de mesure très précise de l’énergie dissipée (moyenne ou champs d’énergie dissipée) et du travail plastique par cycle (sollicitations en traction-traction), l’analyse des caractéristiques thermomécaniques de quatre matériaux (un aluminium, un acier ferritique, un acier inoxydable et un acier dual phase) a été effectuée. De nombreuses données expérimentales ont ainsi pu être générées, données permettant d’étudier le comportement de ces matériaux en cours d’écrouissage (dans l’optique d’établir un bilan énergétique cycle par cycle) ou les caractéristiques de l’énergie dissipée de ces matériaux. Généralement, la dissipation d’énergie s’est montrée insensible à la vitesse de déformation, augmente avec la contrainte maximale appliquée, augmente lorsque les matériaux sont écrouis, peut dépendre des temps de re-pos, etc. Ces résultats expérimentaux pourraient servir dans le cadre de la modélisation du comportement des matériaux

Thermomechanical measurements are some-times performed to estimate fatigue limits and other mechanical properties of materials. How-ever, these empirical methods lack physical justification. What are the physical phenomena causing materials self-heating? What information can be obtained through thermal measurements? The aim of this work is to provide answers to theses questions. A precise dissipative energy measurement method (fields or spatially averaged dissipative energy) has been developed. A method to measure the plastic work per cycle (loading in tension-tension) has also been proposed. The thermomechanical characteristics of four materials (aluminum, ferritic steel, stainless steel and dual-phase steel) have then been studied. Much experimental data have been generated during this work, studying the energy behaviour of these materials during strain-hardening process (the aim was to establish an energy balance cycle by cycle) or simply studying the main characteristics of these materials dissipative energy in viscoelastic behaviour. Thus, the dissipative energy was usually proved insensitive to the strain rate, increased with the applied maximum stress, increased with plastic strain, was aging depend, etc. Theses experimental data could be used to feed mathematical models