Rupture ductile d'un milieu poreux aléatoire : Approche numérique et application aux défauts de soudure

Ductile failure of random porous materials : Computational approach and application to weld defects

• Auteur / Autrice : Clément Cadet
• Direction : Samuel Forest, Pierre Kerfriden
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 19/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• 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 : Djimédo Kondo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Forest, Pierre Kerfriden, Jonas Faleskog, Laurianne Pillon, Sylvain Flouriot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farid Abed-Meraim, Felix Fritzen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Acier -- Ductilité

Acier -- Rupture

Mots clés libres

Rupture ductile

Homogénéisation numérique

Localisation de la déformation

Métamodèle

Tomographie X

Ductile fracture

Computational homogenization

Strain localization

Metamodeling

X-Ray tomography

Résumé

Lors d’un assemblage par soudage, des bulles de gaz peuvent être piégées au sein du cordon de soudure. Ces défauts réduisent la résistance des pièces à la rupture ductile, mais peuvent être détectés par des moyens de contrôle non destructifs comme la tomographie X. Cependant l’utilisation directe des défauts dans une simulation mènerait à des temps de calcul prohibitifs. L’objectif de l’étude est d’analyser l’influence des pores sur la rupture ductile de pièces soudées, et de proposer une méthode permettant de prendre en compte de façon simplifiée les images de tomographies afin de prédire efficacement et précisément la résistance en rupture ductile. L’influence sur la rupture ductile est étudiée par des simulations micromécaniques sur des cellules élastoplastiques contenant une distribution aléatoire de pores, permettant de prendre en compte l’interaction entre défauts. La détection de la rupture à l’échelle de la cellule par coalescence ou localisation, l’influence de l’orientation du chargement et la dispersion pour différentes populations sont en particulier étudiées. A partir des simulations sur microstructures aléatoires, la dépendance de la déformation à localisation aux conditions de chargement peut être représentée par un métamodèle obtenu par krigeage. Une approche multifidélité est utilisée pour combiner les résultats de cellules unitaires et aléatoires. Enfin, la rupture ductile est étudiée expérimentalement par des essais observés par tomographie synchrotron, permettant de suivre l’évolution des défauts. Les résultats expérimentaux sont comparés à la simulation, à la fois au niveau du comportement macroscopique, et à celui de la déformation locale des défauts.

During welding, gas bubbles can be trapped within the weld joint. These defects reduce the resistance to ductile fracture, but can be detected by non-destructive controls such as X-ray tomography. However, the direct use of defects in a simulation would lead to prohibitive computation times. The objective of the study is to analyze the influence of pores on the ductile fracture of welded parts, and to propose a method to take into account the tomography images in a simplified way so as to predict efficiently and precisely the resistance in ductile fracture.The influence on ductile fracture is studied by micromechanical simulations on elastoplastic cells containing a random distribution of pores, allowing to represent defect interaction. The study focuses on the detection of fracture at the cell scale either by coalescence or localization, the influence of the loading orientation and the dispersion for different void populations. From simulations on random microstructures, the dependence of the localization strain on the loading conditions can be represented by a metamodel obtained by kriging. A multi-fidelity approach is used to combine results from unit and random cells. Finally, ductile fracture is studied experimentally by means of tests observed by synchrotron tomography, allowing to follow the evolution of defects. The experimental results are compared to the simulation, both at the level of macroscopic behavior, and at the local level of the deformation of defects.