Micromorphic Continua : Advanced Multiphysic Modelling and Numerical Simulation of Metal Forming
Milieux micromorphes : modélisation multiphysique et simulation numérique avancées de procédés de mise en forme
Résumé
The objective of this work is to demonstrate the efficiency of advanced elastoplastic constitutive equations strongly coupled with isotropic ductile damage in the framework of the micromorphic continua in order to overcome the mesh dependency in the prediction of the ductile cracks initiation and propagation. This approach is based on (i) the introduction, in the principle of virtual power, of additional micromorphic kinematic variables leading to additional balance equations; (ii) addition of new micromorphic pairs of state variables leading to additional micromorphic constitutive equations; (iii) spatial discretization by finite elements and time discretization by finite difference scheme with an explicit dynamic global solver and an implicit iterative local integration scheme. The associated numerical aspects are implemented in ABAQUS®/Explicit. Two bilinear quadrilateral assumed strain elements (2D plane strain and axisymmetric) have been developed in order to introduce new weak forms. The models are validated with a parametric study in order to investigate the effect of each micromorphic parameter, and a methodology for the identification of the micromorphic internal length related to the micromorphic damage is proposed. Simple uniaxial tensile tests, sheet bending and blanking processes of metallic components in 430 stainless steel, DP1000 and DP600 dual phase steels respectively are simulated in order to validate the proposed formulation and to show its efficiency in giving mesh independent solutions compared to the purely local models
L'objectif de cette thèse est de démontrer l'efficacité des modèles de comportement élastoplastique fortement couplés à l’endommagement ductile isotrope dans le cadre des milieux micromorphes afin de s’affranchir de la dépendance au maillage lors de la prévision de l’amorçage et de la propagation de la rupture ductile. Cette approche repose sur (i) l’ajout de variables cinématiques micromorphes dans le principe des puissances virtuelles conduisant à de nouvelles équations de bilan ; (ii) l’ajout de nouveaux couples de variables d’état conduisant à de nouvelles équations de comportement ; (iii) une discrétisation spatiale par éléments finis et temporelle par un schéma d’Euler avec un solveur global dynamique explicite et une intégration locale itérative implicite. Les aspects numériques associés sont implémentés dans ABAQUS®/Explicit. Deux éléments bilinéaires quadrangles à "déformation postulée" (2D déformation plane et axisymétrique) ont été développés afin d’introduire les nouvelles formes variationnelles. Les modèles sont validés avec une étude paramétrique pour étudier l'effet de chaque paramètre micromorphe et une méthodologie d'identification de la longueur interne micromorphe liée à l’endommagement micromorphe est proposée. Des essais de traction uniaxiale d’éprouvettes en acier inoxydable 430, des opérations de pliage et de découpage de tôles métalliques en DP1000 et DP600, sont simulées afin de valider la formulation proposée et montrer son efficacité à donner des solutions indépendantes du maillage par rapport au modèle local
Origine : Version validée par le jury (STAR)