Caractérisation et modélisation du comportement mécanique de l'acier inoxydable austénitique AISI 301 à l'état écroui PDF Download
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Author: Abdelfettah Zinbi
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Languages : fr
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Book Description
Le travail de thèse porte sur la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique d'un acier inoxydable métastable. L'objectif est de simuler par la méthode des éléments finis un procédé de mise en forme de colliers de serrage. Pour ces pièces de forme complexe obtenues par pliage séquentiel, les aciers utilisés sont des nuances à haute limite d'élasticité (tôle laminée écrouie.) de structure initiale biphasée (Austénite et Martensite). Sous sollicitations mécaniques, ces matériaux instables sont le siège d'une transformation de phase martensitique qui se caractérise par un durcissement structural qui perturbe l'opération de mise en forme. Cette transformation métallurgique, associée aux contraintes résiduelles générées par le procédé de pliage, conduit pour ce type d'acier à une fragilisation qui se manifeste par des ruptures différées. Le premier volet de mon travail consiste à caractériser le comportement mécanique et métallurgique de l'acier AISI 301 écroui. Le phénomène de localisation de déformation dans des bandes de transformation de phase a également été étudié. L'apport de l'approche proposée est de fournir une estimation des valeurs de déformations dans les bandes de localisation à partir de la méthode de corrélation d'images « CorreliLMT ». Le deuxième volet de l'étude traite la modélisation théorique et numérique, où l'accent a été mis sur la cinétique de transformation de phase. Le modèle de comportement élastoviscoplastique proposé a été enfin incorporé dans le code de calcul par éléments finis (ABAQUS). Cette partie reste la plus importante de mon travail. La simulation du processus de mise en forme a permis une amélioration de la qualité des pièces par la maîtrise des évolutions du matériau, au niveau mécanique et métallurgique.
Author: Abdelfettah Zinbi
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Le travail de thèse porte sur la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique d'un acier inoxydable métastable. L'objectif est de simuler par la méthode des éléments finis un procédé de mise en forme de colliers de serrage. Pour ces pièces de forme complexe obtenues par pliage séquentiel, les aciers utilisés sont des nuances à haute limite d'élasticité (tôle laminée écrouie.) de structure initiale biphasée (Austénite et Martensite). Sous sollicitations mécaniques, ces matériaux instables sont le siège d'une transformation de phase martensitique qui se caractérise par un durcissement structural qui perturbe l'opération de mise en forme. Cette transformation métallurgique, associée aux contraintes résiduelles générées par le procédé de pliage, conduit pour ce type d'acier à une fragilisation qui se manifeste par des ruptures différées. Le premier volet de mon travail consiste à caractériser le comportement mécanique et métallurgique de l'acier AISI 301 écroui. Le phénomène de localisation de déformation dans des bandes de transformation de phase a également été étudié. L'apport de l'approche proposée est de fournir une estimation des valeurs de déformations dans les bandes de localisation à partir de la méthode de corrélation d'images « CorreliLMT ». Le deuxième volet de l'étude traite la modélisation théorique et numérique, où l'accent a été mis sur la cinétique de transformation de phase. Le modèle de comportement élastoviscoplastique proposé a été enfin incorporé dans le code de calcul par éléments finis (ABAQUS). Cette partie reste la plus importante de mon travail. La simulation du processus de mise en forme a permis une amélioration de la qualité des pièces par la maîtrise des évolutions du matériau, au niveau mécanique et métallurgique.
Author: David Gentet
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Languages : fr
Pages : 270
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Le principal objet de ce travail de thèse est de proposer une modélisation mécanique du comportement cyclique de l'acier inoxydable austénitique AISI 316 L(N) à hautes températures (550-900K). Dans ce domaine, de nombreux phénomènes liés au vieillissement dynamique (DSA) et à la formation de structures de dislocation dipolaire apparaissent. Des essais isothermes et anisothermes en fatigue uni-axiale ont été conduits afin de vérifier certains points concernant les effets de la température sur le comportement mécanique. L'étude des boucles de chargement et l'observation des structures de dislocations ont permis d'établir la présence de deux régimes de DSA lors d'essais isothermes. L'effet de mémorisation d'une sollicitation à haute température est mis en évidence lors de séquences de température particulières. Il est montré que l'augmentation de l'amplitude de contrainte lors d'un passage à "haute température" est liée au second régime de DSA, c'est à dire à l'augmentation des efforts à courte distance agissant sur les jonctions entre dislocations (ségrégation du Cr), ainsi qu'à l'absence de restauration des structures dipolaires à basse température. A partir de l'analyse expérimentale des mécanismes de DSA et de restauration, un modèle anisotherme macroscopique est développé en considérant des variables internes physiques (densités de dislocations). Les équations d'une modélisation polycristalline sont simplifiées afin d'obtenir un modèle à deux échelles utilisable dans un code de calcul par éléments finis. Dans le domaine 550-873K, les résultats obtenus sont cohérents avec les observations macroscopiques et microscopiques d'essais en fatigue, de relaxation et de rochet 2D.
Author: Sébastien Gallée
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Languages : fr
Pages : 184
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Les tôles en aciers inoxydables austénitiques sont très utilisées en mise en forme dans l'industrie. Ces aciers, ayant de bonnes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion, se retrouvent dans la fabrication de pièces pour le domaine ménager et alimentaire (éviers, couverts...). En fonction de leur composition chimique (en particuliers la teneur en nickel), ces nuances peuvent être métastables. Cela signifie que la phase austénitique constituant ces aciers se transforme partiellement en phases martensitiques compte tenu de l'énergie mécanique induite par le procédé. Nous avons développé un modèle de comportement tridimensionnel permettant de caractériser l'influence de la transformation martensitique sur le comportement de ces aciers et de réaliser des calculs par éléments finis pour simuler différents procédés de mise en forme. Après un bilan sur les lois d'évolution de la transformation martensitique et sur les modèles de comportement existants, une caractérisation mécanique conséquente de deux nuances d'aciers inoxydables austénitiques est réalisée, l'une étant susceptible de subir une transformation de phase et l'autre étant stable. L'identification de deux lois de comportement est ensuite présentée. La première loi est un modèle macroscopique ne différenciant pas les phases austénitique et martensitique alors que le second est un modèle biphasé permettant de prendre en compte l'influence de chacune des phases sur le comportement de l'acier. Enfin, ces modèles sont introduits dans un code de calcul par éléments finis pour simuler des procédés d'emboutissage profond.
Author: Abdelhake Bouchou
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Languages : fr
Pages : 246
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L'objet de ce rapport est l'étude de l'influence d'une variation de température sur le comportement mécanique d'un acier inoxydable austénitique 17-12 sph. On y présente deux types d'expériences: d'une part des essais de traction, de traction compression et de traction compression torsion pour lesquelles la température évolue par paliers; d'autre part des essais ou sollicitations mécaniques et thermiques évoluent simultanément. On montre que le matériau présente un durcissement supplémentaire lie a l'histoire de la température au cours des sollicitations cycliques uni et biaxees. L'alliage mémorise la valeur maximale de la contrainte cyclique, atteinte dans l'intervalle de température ou la dérive de la contrainte cyclique (en fonction de la température) est positive. On constate que l'effet d'histoire de la température est lie a la présence du pic d'écrouissage sur la courbe /2=f(t). La thèse proposée est que la nature physique du phénomène de mémorisation de la température est a mettre en relation avec les mécanismes d'écrouissages associes au maximum déjà cite. D'un point de vue de la modélisation, le formalisme thermodynamique a permis d'intégrer les termes en t dans les équations constitutives du modèle viscoplastique unifie développe au lmarc. On a postule l'existence d'une température fictive t* dont la formulation mathématique prend en compte les différentes propriétés expérimentales du comportement irréversible. En dernier lieu, le modèle dans sa version anisotherme est valide par une confrontation avec les résultats expérimentaux
Author: Pierre Evrard
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Languages : fr
Pages : 159
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Jusqu’ici, la modélisation du comportement mécanique d’un acier inoxydable duplex n’a été entreprise qu’à l’aide de modèles phénoménologiques qui ne prennent pas en compte le caractère biphasé du matériau, et polycristallin de chaque phase. De plus, l’identification des paramètres matériau nécessite une large base d’essais. Ceci a motivé le développement d’un modèle muti-échelles polycristallin biphasé.Deux modèles de la littérature sont étendus à l’acier duplex. Les comportements des grains austénitiques et ferritiques sont décrits via des lois de plasticité cristallines. L’identification des paramètres matériau ne demande que deux essais mécaniques simples et des données de la littérature. Les modèles proposés rendent bien compte des premières boucles d’hystérésis d’essais de traction-compression/torsion non-proportionnels et de l’évolution des surfaces de plasticité.Puis, l’adoucissement cyclique a été expliqué à partir d’analyses au microscope électronique à transmission. Celles-ci ont montré que les deux phases participent à l’adoucissement cyclique. Cependant, dans une première approche, seul le réarrangement des dislocations en zones dures et molles dans les grains ferritiques a été modélisé. Les résultats montrent que le nouveau modèle prédit bien le durcissement et l’adoucissement cyclique, et les boucles d’hytérésis au cycle stabilisé.Enfin, les champs cinématiques issus d’un calcul de microstructure ont été comparés à ceux mesurés. Une bonne concordance est observée suite à un trajet de traction monotone, l’écart est plus important pour un trajet de traction-compression.
Author: Fatima Hajjaji Rachdi
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Languages : en
Pages : 201
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Author: Ahmed Zouaghi
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Languages : fr
Pages : 270
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Les outillages de mise en forme en acier martensitique de type AISI H11 sont des pièces critiques dont le comportement en service est étroitement lié à leurs structures internes et à leur évolution. Les conditions des sollicitations lors de la mise en oeuvre du procédé est souvent à l'origine de modifications microstructurales en surface, à savoir la morphologie des lattes de martensite, les orientations cristallographiques, l'état d'écrouissage interne ou encore le profil de surface. Ces aspects peuvent éventuellement altérer les performances mécaniques de l'acier AISI H11. Afin d'appréhender et d'optimiser le comportement mécanique de celui-ci, une approche multi-échelle est mise en oeuvre dans ce travail. Celle-ci s'articule autour d'une investigation expérimentale et d'un traitement numérique. L'étude expérimentale s'attache à reproduire, à l'échelle du laboratoire, des surfaces équivalentes à celles issues lors des procédés de mise en oeuvre des outillages. Des techniques de caractérisation spécifiques, à savoir le MEB, l'EBSD, la nanoindentation ou encore l'altimétrie permettent de mettre en évidence un gradient de la stéréologie du matériau en surface et sous-surface. Les hétérogénéités locales induites concernent la morphologie des lattes de martensite, les orientations cristallographiques, l'état d'écrouissage interne mais également le profil de surface. Des essais mécaniques in-situ associés à la technique de corrélation d'images numériques sont réalisés pour des chargements monotones quasi-statiques et cycliques de type traction-traction. Une investigation des champs mécaniques locaux en surface est ainsi effectuée, elle permet d'analyser les schémas de localisations des déformations non linéaires liés aux artéfacts stéréologiques. Le traitement numérique s'intéresse à une modélisation multi-échelle, et plus particulièrement à des calculs par la méthode des éléments finis sur des microstructures virtuelles générées par tesselations de Voronoï. Celles-ci sont effectuées de manière à reproduire les structures martensitiques et considèrent des relations d'orientations spécifiques (de type Kurdjumov-Sachs) à l'issue du traitement thermique entre les lattes de martensite et le grain austénitique parent. Les équations constitutives du modèle de plasticité cristalline (élasto-viscoplastique) de Méric-Cailletaud sont implantées dans le code de calcul par éléments finis Abaqus dans le cadre de l'hypothèse des petites perturbations (HPP) et de la théorie des transformations finies. La formulation du modèle dans le contexte de la théorie des transformations finies est effectuée dans le cadre d'une description spatiale où la notion de dérivée objective est considérée. Celle-ci consiste en celle d'Oldroyd ou de Truesdell de manière à ce qu'une telle formulation soit équivalente à une description lagrangienne. Le traitement numérique a permis de reproduire de manière qualitative les schémas de localisation en surface mise en évidence lors de l'investigation expérimentale. L'influence des divers paramètres stéréologiques, évoqués ci-dessus, sur les champs mécaniques locaux a été analysée. De par cette approche, il a été possible de mettre en évidence certains mécanismes élémentaires, notamment les effets d'interaction et de surface. Enfin, il a été constaté que la prise en compte des rotations des réseaux cristallins par la théorie des transformations finies permet de relâcher certaines zones de localisation des champs mécaniques autour d'artéfacts stéréologiques.
Author: Gilbert BREINLINGER
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Languages : fr
Pages : 30
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Author: Romain Guiheux
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Languages : fr
Pages : 0
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Le grenaillage de précontrainte est un procédé couramment utilisé dans l'industrie (automobile, aréonautique, ...) pour augmenter la durée de vie des pièces mécaniques et de structure : des contraintes de compression sont générées par déformation plastique de la surface. Dans le cas des aciers TRIP (TRansformation Induced Plasticity), qui possèdent une microstructure complexe, l'austénite métastable est susceptible de se transformer en martensite lors du grenaillage. L'état de contraintes obtenu est donc complexe : il résulte de l'effet combiné de la déformation plastique induite par le procédé et de la transformation martensitique qui conduit à une redistribution des contraintes entre l'austénite et la martensite. Ce travail a pour objectif de caractériser expérimentalement l'état mécanique, à l'échelle des phases, de différents aciers TRIP (AISI 301LN, TRIP 780 et 23MnCrMo5) ainsi que leurs fractions de phase respectives après grenaillage et d'en proposer une modélisation par éléments finis pouvant être, à terme, utilisée en bureaux d'études. Le modèle élastoplastique à transformation de phase, développé dans cette thèse, permet de prédire l'évolution des différents champs mécaniques, de manière macroscopique mais également à l'échelle des phases, ainsi que l'évolution de la fraction d'austénite résiduelle.
Author: Sophie Fréchard
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Languages : fr
Pages : 161
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Book Description
Ce travail de thèse a pour but de contribuer à l'étude du comportement mécanique et de l'évolution microstructurale d'un acier inoxydable austénitique allié à l'azote : l'Uranus B66. La caractérisation mécanique est réalisée par des essais de compression sous sollicitation quasi-statique, quasi-dynamique et dynamique dans un domaine de température (77-673 K). Les essais dynamiques sont réalisés sur des barres de Hopkinson. L'évolution microstructurale est suivie par des observations en microscopie électronique en transmission. Une loi de comportement mécanique est identifiée et validée à l'aide d'essais d'impact sur cible rigide (tests de Taylor). Dans l'objectif d'améliorer ses propriétés mécaniques, le matériau est soumis à deux procédés de durcissement: le laminage à mi-chaud et les impacts de choc plans. Une étude comparative du comportement mécanique de ce matériau avec trois autres alliages à l'azote qui différent essentiellement par leur teneur en nickel est réalisée.
