Etude de l'endommagement pendant la mise en forme à froid de tôles d 'aluminium

Grenier Jean-Christophe

Description

Introduction…………………………………………………………...3 Table des matières………………………………………………………….9 Chapitre I Bibliographie..............................................................................13 I.1. Approches expérimentales de l'endommagement ......................................13 I.1.1. Mécanismes d’endommagement................................................................... 13 I.1.1.1. L'amorçage ............................................................................................. 15 Création de fissures dans l'inclusion : rupture................................................ 16 e fissures à l'interface inclusion/matrice : décohésion................... 17 Création de fissures dans la matrice au voisinage de l'inclusion.................... 17 I.1.1.2. Extension de l’endommagement ............................................................ 17 I.1.1.3. Ruptures ................................................................................................. 18 I.1.2. Méthodes expérimentales de mise en évidence et d'étude de l'endommagement ............................................................................................................ 20 I.1.2.1. Méthodes locales.................................................................................... 20 I.1.2.2. Méthodes globales.................................................................................. 22 I.1.2.3. Paramètres d’endommagement ....................................... ...

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Extrait

Introduction…………………………………………………………... 3 Table des matières………………………………………………………….9 Chapitre I Bibliographie..............................................................................13 I.1. Approches expérimentales de l'endommagement ......................................13 I.1.1. Mécanismes d’endommagement................................................................... 13 I.1.1.1. L'amorçage............................................................................................. 15 Création de fissures dans l'inclusion : rupture................................................ 16 Création de fissures à l'interface inclusion/matrice : décohésion................... 17 Création de fissures dans la matrice au voisinage de l'inclusion.................... 17 I.1.1.2. Extension de l’endommagement............................................................ 17 I.1.1.3. Ruptures ................................................................................................. 18 I.1.2. Méthodes expérimentales de mise en évidence et d'étude de l'endommagement ............................................................................................................ 20 I.1.2.1. Méthodes locales.................................................................................... 20 I.1.2.2. Méthodes globales.................................................................................. 22 I.1.2.3. Paramètres d’endommagement .............................................................. 23 Définitions ...................................................................................................... 23 Relations entre D E et D ρ ................................................................................. 25 D Tenseur D et tenseur M: endommagement multiaxial................................. 26 I.2. Modélisation de l’endommagement dans les matériaux hétérogènes........28 I.2.1. Endommagement ductile............................................................................... 28 I.2.1.1. Amorçage............................................................................................... 29 Loi de nucléation de l’endommagement ........................................................ 30 I.2.1.2. Extension................................................................................................ 32 Modélisation de la croissance des cavités matricielles................................... 33 Modèles particulaires...................................................................................... 35 I.2.1.3. Coalescence............................................................................................ 37 I.2.2. Approches micromécaniques ........................................................................ 39 I.2.2.1. Modèles d'homogénéisation en élasticité linéaire.................................. 40 Comportement élastique linéaire des solides.................................................. 40 Comportement effectif et changement d'échelle ............................................ 41 Résolution du problème d'Eshelby................................................................. 43 Estimation de Ponte CastañedaWillis ........................................................... 45 Estimation autocohérente.............................................................................. 46 I.2.2.2. Homogénéisation en élastoplasticité..................................................... 48 Remarques ...................................................................................................... 49 I.3.Laformabilité.............................................................................................51 I.3.1. Concept de Courbe limite de formage .......................................................... 51 I.3.2. Critères d’instabilité...................................................................................... 54 I.3.2.1. Modèle d’instabilité de MarciniakKuczynski....................................... 55 I.3.3. Facteurs influençant les CLF......................................................................... 57 I.3.3.1. Ecrouissage et anisotropie...................................................................... 57 I.3.3.2. Rôle de l’endommagement..................................................................... 59 I.4. Méthodologie de l’étude microstructurale de l’endommagement..............65

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Chapitre II Techniques et méthodes expérimentales ..........................................67 II.1. Imagerie 3D : la tomographie X haute résolution.....................................67 II.1.1. Introduction et motivation............................................................................ 67 II.1.2. Principe de la méthode .................................................................................68 II.1.3. La tomographie sur la ligne ESRFID19......................................................70 II.1.4. La reconstruction des images tridimensionnelles.........................................72 II.2. Traitement d'image et moyens d’analyse des données 3D........................73 II.2.1. Binarisation des blocs 3D.............................................................................74 II.2.2. Paramètres classiques d’analyse d’image.....................................................75 II.2.3. Zone d’Influence ..........................................................................................77 II.2.4. Fraction de particules endommagées ...........................................................78 II.2.5. Variables principales d’endommagement ....................................................79 II.2.6. Paramètres retenus........................................................................................80 II.3. Techniques de caractérisation mécanique.................................................81 II.3.1. Essais de traction in situ en tomographie aux rayons X............................... 81 II.3.1.1. Machine de traction............................................................................... 81 II.3.1.2. Eprouvettes............................................................................................ 82 II.3.1.3. Mesure de déformation..........................................................................82 II.4. Essais mécaniques macroscopiques ..........................................................83 II.4.1. Expansion par gonflement hydraulique........................................................83 Analyse des déformations ...............................................................................84 II.4.2. Traction plane...............................................................................................86 II.5. Moyens informatiques...............................................................................87 II.6. Conclusion.................................................................................................87 Chapitre III Caractérisation des matériaux à l’état initial...........................89 III.1. Présentation des alliages ..........................................................................89 III.2. Propriétés mécaniques..............................................................................90 III.3. Microstructure..........................................................................................91 III.3.1. Visualisations qualitatives...........................................................................91 III.3.2. Quantification à partir des images 3D.........................................................94 III.3.2.1. Intermétalliques(Mg 2 ................ 94au Fer ou phases au Mn)Si, phases Fraction volumique locale de particules .........................................................97 III.3.2.2. Porosité à l’état initial ..........................................................................98 III.3.2.3. Incertitudes de mesures liées au volume analysé et à la méthode........99 Dispersion liée à la chaîne d’analyse............................................................ 100 Dispersion entre zones ..................................................................................102 Dispersion entre échantillons........................................................................ 103 Dispersion globale.........................................................................................103 III.4. Conclusion .............................................................................................104

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Chapitre IV Evolutions expérimentales de l’endommagement pendant la mise en forme.................................................................................................................. 105 IV.1. Introduction ...........................................................................................105 IV.2. Comparaison entre essais de traction in situ et macroscopiques...........106 IV.2.1. Détermination de la déformation locale................................................... 108 IV.2.1.1. Traction in situ .................................................................................. 108 IV.2.1.2. Les essais macroscopiques................................................................ 109 IV.3. Essais de traction in situ ........................................................................109 IV.3.1. Approche qualitative ................................................................................ 109 IV.3.2. Traction in situ dans le sens long pour les trois alliages .......................... 112 IV.3.3. Traction in situ, 5182, comparaison entre sens long, sens travers et avec effet d’entaille................................................................................................................ 114 IV.4. Endommagement pendant la mise en forme .........................................116 IV.4.1. Approche qualitative ................................................................................ 116 IV.4.2. Alliage 5182............................................................................................. 117 IV.4.3. Alliage 6181............................................................................................. 118 IV.4.4. Alliage 3103............................................................................................. 120 IV.4.5. Relation du dommage à la formabilité..................................................... 123 IV.5. Anisotropie de l’endommagement ........................................................127 IV.5.1. Traction in situ dans le sens long ............................................................. 128 IV.5.1.1. Explications préliminaires................................................................. 128 IV.5.1.2. Mesures ............................................................................................. 130 IV.5.2. Comparaison entre les trois chemins de déformation .............................. 132 IV.5.3. Relation du dommage à la formabilité..................................................... 134 Isodéformations et isocontraintes .............................................................. 138 Influence de l’endommagement sur les isocontraintes ............................... 140 résumé........................................................................................................... 142 IV.6.Conclusion.............................................................................................142

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Chapitre V Modèle microstructural d’endommagement ..................................145 V.1. Introduction.............................................................................................145 V.2. Description du modèle ............................................................................146 V.2.1. Principes..................................................................................................... 146 V.2.2. Caractéristiques élastiques et géométriques des particules........................ 149 V.2.2.1. Criticité des modules élastiques des particules................................... 150 V.2.2.2. Criticité de la forme des particules......................................................152 V.2.3. Mécanismes d’endommagement:...............................................................153 V.2.4. Mécanismes d’ouverture des porosités ......................................................156 V.2.5. Paramètres principaux d’endommagement................................................ 158 V.2.6. Illustrations des influences de la morphologie des pores et des particules sur les paramètres d’endommagement .................................................................................161 V.2.6.1. Influence de la forme de la porosité.................................................... 161 V.2.6.2. Influence de la forme des particules....................................................162 V.3. Mise en œuvre du modèle .......................................................................163 V.3.1. Détermination des paramètres des lois d’endommagement....................... 163 V.3.2. Résultats pour l’alliage 5182......................................................................167 Analyse de la modélisation de l’alliage 5182 ...............................................171 V.3.3. Résultats pour l’alliage 3103......................................................................177 V.3.3.1. Modélisation de la décohésion avec une loi de type rupture: .............177 V.3.3.2. Hypothèse d’endommagement par décohésion seule..........................182 V.3.3.3. Hypothèse hybride ..............................................................................185 V.3.3.4. Conclusion sur la modélisation de l’alliage 3103 :............................. 188 V.4. Relation du dommage à la formabilité....................................................190 Résumé.......................................................................................................... 197 V.5. Conclusion...............................................................................................198 Conclusion et Perspectives………………………………………………201 Annexe A Homogenisation procedures for non linear heterogeneous materials…………………………………………………………………205 Annexe BIso contraintes et iso déformations…………………………..211 Annexe C Comparaison entre comportement expérimental et simulé…..215 Références Bibliographiques…………………………………………….217

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