Étude numérique de la nocivité des défauts dans les soudures

Lifetime assessment of welded structures containing defects

• Auteur / Autrice : Laurent Lacourt
• Direction : Samuel Forest, David Ryckelynck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 14/10/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Poquillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Forest, David Ryckelynck, Habibou Maitournam, François Willot, Sylvain Flouriot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Morel, Felix Fritzen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Soudage

Éléments finis, Méthode des

Élastoplasticité

Matériaux -- Fatigue

Détection de défaut (ingénierie)

Mots clés libres

Défauts

Fatigue

Élasto-plasticité

Méthode des éléments finis

Réduction de modèles

Defects

Fatigue

Elasto-plasticity

Finite element method

Model order reduction

Résumé

Certains procédés de fabrication tels que le soudage ou la fabrication additive génèrent des défauts qui peuvent maintenant être détectés en cours de production par des moyens de contrôle non destructif. Afin de ne pas rebuter des pièces présentant des défauts non critiques, il est indispensable de développer des méthodes de dimensionnement les prenant en compte. Elles doivent apporter des réponses quantitatives pour mener à la définition de critères d’acceptation de défauts. De plus, afin d'être utilisables dans un contexte industriel, leur application doit être efficace. L’objectif de la thèse est donc de proposer une méthodologie innovante de dimensionnement de structures avec des défauts. Le travail de thèse se concentre sur une soudure de pièces en alliage de titane obtenue par laser pulsé. Elle se découpe selon 3 axes d'étude. Dans un premier temps, le comportement mécanique cyclique de la soudure est modélisé. Plusieurs lois de comportement sont identifiées et utilisées pour décrire les différentes microstructures observées dans le joint soudé. Ensuite, les populations de défauts engendrées par le procédé sont caractérisées par tomographie aux rayons X. La morphologie des défauts est analysée et une bibliothèque de défauts est mise en place. La répartition spatiale des défauts est étudiée et rapprochée des mécanismes de formation de ces derniers. Grâce à la grande quantité de données acquises, un modèle de génération de populations réaliste est proposé et calibré. Enfin, dans le but de diminuer la complexité numérique des simulations, une approche basée sur la méthode d'hyper-réduction de modèles est proposée. Une méthode de construction de la base d'ordre réduit à deux échelles permet de prendre en compte les données directement issues des contrôles.

Defects can be formed during assembly processes such as welding and additive manufacturing. Current non-destructive inspection techniques are able to detect these voids in a mass production context. Thus there is a critical need of methods able to assess the harmfullness of these defects. These methods must be reliable to derive acceptation criteria. Their application in a industrial context requires efficiency to give an answer in a short time. This work aims at proposing an innovative design methodology that takes these defects into account. This work focuses on a particular welded joint : two titanium alloy parts are assembled by means of a pulsed laser. Three main topics are adressed. First, the cyclic behavior of the fusion zone is studied and modeled. X-Ray tomography is used to characterize the defects formed by the process. Their morphology is studied and a library of defects is built. The spatial distribution of the defects is closely linked to the welding process. A quantitative analysis provides a model able to generate realistic defect populations. To decrease the computational cost of numerical simulations of structures with defects, a model order reduction technique is proposed. It relies on the hyper-reduction method. A multi-scale reduced order basis building enables the use of data coming from tomographic analysis. Moreover, the offline phase cost is decreased.