Prédiction par éléments finis de la rupture des aciers Dual-Phase en utilisant un modèle de Gurson avancé

Prediction of DP steel fracture by FEM simulationsusing an advanced Gurson model

• Auteur / Autrice : Joseph Fansi
• Direction : Tudor Balan, Anne-Marie Habraken
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux
• Date : Soutenance le 02/07/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM en cotutelle avec Université de Liège
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Pardoen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tudor Balan, Anne-Marie Habraken, Laurent Duchène, Mohamed Ben bettaieb, Xavier Lemoine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ton Van Den Boogaard, Eric Maire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Acier

Nucléation

Mots clés libres

Formabilité des tôles

Modèle de Gurson

Plasticité anisotrope

Simulation numérique

Endommagement

Initiation à la fracture

Formability

Gurson model

Plasticity anisotropy

Finite element

Sheet flange damages

Fracture initiation

Résumé

L'actuel investigation numérique du Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) modèle avancé est une extension du travail de Ben Bettaieb et al. (2011). Le modèle a été implémenté à l'aide d'une sous routine (VUMAT) contenu dans le code commerciale d'éléments finis Abaqus/explicit. Le modèle d'endommagement améliore l'original en intégrant les trois mécanismes d'endommagement, la nucléation, la croissance, et la coalescence des cavités. Le modèle d'endommagement intègre les lois de nucléation et de croissance basés sur les phénomènes purement physiques. Ces nouvelles contributions incluant l'influence de l'écrouissage cinématique, ont été validées par les résultats de mesures expérimentales de tomographie à rayon X à haute résolution. Aussi, l'implémentation numérique de l'écrouissage cinématique dans le modèle modifié a contraint de proposer et de réarranger la définition de la triaxialité que l'on trouve habituellement dans la littérature. A coté de cela, un second critère d'initiation à la rupture basé sur l'ultime distance inter-cavités a été inclue afin de localiser et de quantifier avec plus de précision la distribution des déformations peu avant que le matériau ne casse complètement. L'actuel modèle d'endommagement a été appliqué dans des conditions industrielles pour prédire l'évolution de l'endommagement, l'état de contraintes, et l'initiation à la rupture pour différentes géométries de tôles et sur des essais d'emboutissage de tôles minces.

This numerical investigation of an advanced Gurson–Tvergaard–Needleman (GTN) model is an extension of the original work of Ben Bettaieb et al. (2011). The model has been implemented as a user-defined material model subroutine (VUMAT) in the Abaqus/explicit FE code. The current damage model extends the previous version by integrating the three damage mechanisms: nucleation, growth and coalescence of voids. Physically based void nucleation and growth laws are considered, including an effect of the kinematic hardening. These new contributions are based and validated on experimental results provided by high-resolution X-ray absorption tomography measurements. Also, the numerical implementation of the kinematic hardening in this damage extension has obliged to readapt the classical triaxiality definition. Besides, a secondary fracture initiation criterion based on the ultimate average inter-cavities distance has been integrated to localize and quantify with good accuracy the strain distribution just before the material fails apart. The current damage model is applied in industrial conditions to predict the damage evolution, the stress state and the fracture initiation in various tensile thin flat sheet geometries and the cross-die drawing tests.