N˚ d'ordre Année

Pierre Chevrier

Description

Niveau: Supérieur
N˚ d'ordre : 2286 Année 2005 THÈSE présentée pour obtenir le titre de Docteur de l'Institut National Polytechnique de Toulouse SPECIALITE : Génie Mécanique par Ionel NISTOR Identification expérimentale et simulation numérique de l'endommagement en dynamique rapide : application aux structures aéronautiques Soutenue le 17 novembre 2005 devant le jury composé de : Pierre CHEVRIER Maître de conférences, ENI de Metz Rapporteur Nicolas MOES Professeur, Ecole Centrale de Nantes Rapporteur Doru SAFTA Professeur, ATM de Bucarest - Roumanie Rapporteur Serge CAPERAA Professeur, ENI de Tarbes Directeur de thèse Florentin MORARU Professeur, ATM de Bucarest - Roumanie Directeur de thèse Olivier PANTALE Maître de conferences, ENI de Tarbes Examinateur Thèse réalisée en cotutelle entre l'Institut National Polytechnique de Toulouse et l'Académie Technique Militaire de Bucarest

• formulation mécanique


• tensité dynamique de contrainte


• génie mécanique


• atm de bucarest - roumanie directeur de thèse


• fissure en mouvement


• mécanique assistée par ordinateur du laboratoire génie de production


• modèle d'endommagement cohésif


• validation numérique

Sujets

• Institut national polytechnique de Toulouse
• Lacassagne
• École centrale de Nantes
• Chevrier
• Génie mécanique

Informations

• Publié par: profil-nechor-2012
• Nombre de lectures: 81
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

N˚d’ordre : 2286 Année 2005
THÈSE
présentée
pour obtenir
le titre de Docteur de l’Institut National
Polytechnique de Toulouse
SPECIALITE : Génie Mécanique
par
Ionel NISTOR
Identification expérimentale et simulation
numérique de l’endommagement en dynamique
rapide : application aux structures aéronautiques
Soutenue le 17 novembre 2005 devant le jury composé de :
Pierre CHEVRIER Maître de conférences, ENI de Metz Rapporteur
Nicolas MOES Professeur, Ecole Centrale de Nantes Rapporteur
Doru SAFTA Professeur, ATM de Bucarest - Roumanie Rapporteur
Serge CAPERAA Professeur, ENI de Tarbes Directeur de thèse
Florentin MORARU Professeur, ATM de Bucarest - Roumanie Directeur de thèse
Olivier PANTALE Maître de conferences, ENI de Tarbes Examinateur
Thèse réalisée en cotutelle entre l’Institut National Polytechnique de Toulouse et l’Académie Technique
Militaire de Bucarest2Remerciements
Ce travail de thèse a été réalisé au sein de l’équipe Conception Mécanique Assistée par
Ordinateur du Laboratoire Génie de Production de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tarbes.
Il s’inscrit dans le cadre de la formation doctorale de l’Institut National Polytechnique de
Toulouse.
Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur le Professeur Daniel NOYES, directeur du
Laboratoire Génie de Production.
Je remercie les personnes qui m’ont encadré, en particulier Monsieur Serge CAPERAA,
Professeur d’université à l’ENIT, et Monsieur Florentin MORARU, Général maior (r)
professeur d’université à l’ATM, pour leur disponibilité, leur bonne humeur, leur rigueur
scientifique et leur patience qui m’ont permis de mener ces travaux à leur terme.
Je remercie égalementMonsieur OlivierPANTALE, Maître de conférencesà l’ENIT,pour
son aide, ses précieux conseils et sa patience au cours de cette thèse.
Je tiens à remercier les personnes qui ont accepté de juger mon travail de thèse, Monsieur
Pierre CHEVRIER,Maître de conférencesà l’ENI deMetz, MonsieurNicolas
MOES,Professeur d’université à l’Ecole Centrale de Nantes ainsi que Monsieur Doru SAFTA, Professeur
d’université à l’ATM de Bucarest.
Je tiens également à remercier Monsieur Olivier DALVERNY, Maître de conferences à
l’ENIT, de sa précieuse aide au cours de cette thèse.
Mesremerciementss’adressentaussiàMonsieurJoelLACASSAGNE,Technicienàl’ENIT,
pour sa disponibilité et son aide pour la partie expérimentale de cette thèse.
Je remercie également mes collègues de bureau, Chakib SATTOUF et Vincent CAZAJUS,
pour leur soutien moral et leur bonne humeur, ainsi que les membres de l’équipe CMAO,
étudiants en DEA qui ont participé à ce travail, particulièrement à Etienne GORCE.
Enfin. Je tiens à remercier ma famille de Roumanie qui m’est toujours proche, même si
des milliers de kilomètres nous séparent.
34Table des matières
INTRODUCTION 9
1 LA RUPTURE DYNAMIQUE 13
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Caractérisation des champs asymptotiques en pointe de fissure : facteur
d’intensité dynamique de contrainte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.1 Fissure stationnaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.2 Fissure en mouvement à vitesse constante . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.3 Fissure en mouvement à vitesse variable . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3 Modèle de cohésion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4 Concepts énergétiques en rupture dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.1 Taux dynamique de restitution d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.4.2 Intégrales indépendantes du contour . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.5 Propagation de la fissure dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.5.1 Le modèle physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.5.2 Le modèle d’endommagement cohésif . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2 LA MÉTHODE DES ÉLÉMENTS FINIS ÉTENDUE 43
2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Présentation de la méthode des éléments finis étendue pour l’analyse dynamique 45
2.2.1 Modélisation des discontinuités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.2 Formulation mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.3 Partitionnement des éléments discontinus . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3 Implémentation numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.1 Cadre général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.2 Traitement des discontinuités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.3.3 Procédure de partitionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.4 Construction des matrices élémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.3.5 Assemblage des matrices globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.3.6 Algorithme d’intégration des équations du mouvement . . . . . . . . 68
2.3.7 Traitement de l’évolution de la fissuration . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.4 Validation numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.4.1 Fissure dynamique stationnaire en Mode I . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.4.2 Fissure en mouvement en Mode I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.4.3 Fissure dynamique en mode mixte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
53 ESSAIS EXPÉRIMENTAUX 93
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.2 Dispositifs expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.2.1 Le lanceur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.2.2 Système d’exploitation des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.3 Essais d’impact à déformation plastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.3.1 Essais de compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.3.2 Essai d’extrusion dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.3.3 Essai de cisaillement dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.3.4 Essai de traction dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.4 Essais d’impact avec endommagement et rupture dynamique . . . . . . . . . 108
3.4.1 Conception et principes de l’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.4.2 Mise en oeuvre de l’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.4.3 Modélisation numérique de l’essai d’endommagement . . . . . . . . . 114
3.4.4 Modélisation numérique de l’essai de rupture dynamique . . . . . . . 117
3.4.5 Exploitation des résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4 LA PROCEDURE D’IDENTIFICATION PARAMETRIQUE 123
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.2 Algorithmes d’identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.2.1 Fonction objectif à minimiser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.2.2 Algorithme de Monte-Carlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.2.3 Algorithme de Levenberg-Marquardt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3 Implémentation numérique de la procédure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.3.1 Cadre général de l’implémentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.3.2 Algorithmes numériques implémentés . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.3.3 Stratégies de choix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.4 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.4.1 Identification des paramètres de la loi de visco-plasticité de
JohnsonCook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.4.2 Identification des paramètres du modèle d’endommagement cohésif . 145
4.5 Conclusion du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
CONCLUSION ET PERSPECTIVES 149
Bibliographie 161
6ANNEXES 163
Annexe1 : Méthode de la variable complexe pour la solution générale du problème
de fisssuration dynamique dans un milieu élastique . . . . . . . . . . . . . . 165
Annexe2 :Modèle de cohesion de Xu et Needleman . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Annexe3 : Description des classes DynaCrack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Annexe4 : Propriétés de l’alliage d’aluminium A-U4G1 T3 . . . . . . . . . . . . . 185
Annexe5 : Graphes des profils expérimentaux et numériques pour les essais de Taylor187
78INTRODUCTION
Lacaractérisationducomportementdesmatériauxsoumisàdessollicitationsdynamiques
constitue une des préoccupations ac