Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique des matériaux métalliques : vers la prise en compte des hétérogénéités micro-structurales intrinsèques.

Characterization and modelling of the thermomechanical behavior of metallic materials : towards the consideration of intrinsic micro-structural heterogeneities

• Auteur / Autrice : Laurent Bizet
• Direction : Laurent Tabourot, Pascale Balland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 07/01/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et matériaux pour la mécatronique (Annecy)
• Jury : Président / Présidente : Marc Fivel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tudor Balan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Marie Habraken, Sandrine Thuillier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dislocations dans les métaux

Élastoplasticité

Modèles mathématiques

Métaux -- Traitement thermomécanique

Mots clés libres

Hétérogénéités

Module d'Young

Modèles phénoménologiques

Dynamique des dislocations discrètes

Elasticité

Plasticité cristalline

Heterogeneities

Young's modulus

Phenomenological models

Discrete dislocation dynamics

Elasticity

Crystal plasticity

Résumé

La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé.

To obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed.