Développement d'un modèle d'endommagement à taux de croissance contrôlé pour la simulation robuste de ruptures sous impacts

par Arnaud Suffis

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Alain Combescure.

Soutenue en 2004

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    La simulation numérique fait aujourd'hui partie intégrante du processus de conception et de validation des pièces et structures développées dans le contexte industriel. Dans ce domaine, la description du phénomène de l'endommagement des métaux représente un nouveau défi. Celui-ci se heurte en effet à une difficulté majeure: la dépendance non maîtrisée des résultats au maillage connue sous le nom de localisation. Afin de résoudre ce problème, un modèle d'endommagement à taux de croissance limité, appelé également modèle d'endommagement à effet retard, a été développé. Des travaux récents ont montré ses aptitudes dans le cadre de la localisation en dynamique. Son usage dans des codes de dynamique rapide d'usage courant implique cependant de nouvelles problématiques auxquelles une réponse est proposée. Une formulation analytique donnant la longueur caractéristique de la zone complètement endommagée, ce qui permet de l'évaluer a priori et de choisir ainsi judicieusement le maillage, est d'abord présentée. Une étude de convergence originale du modèle est également présentée. Ce modèle permettra à l'avenir, en utilisant des techniques numériques ad hoc comme le remaillage ou la décomposition de domaines, de réduire considérablement les temps de calcul qui restent aujourd'hui prohibitifs. Deux protocoles d'identification à l'aide de résultats d'essais de type plaque/plaque sont par ailleurs mis en place. L'application de chacun de ces protocoles à un alliage d'aluminium d'une part et un alliage de titane d'autre part permet, pour la première fois, d'identifier les deux paramètres relatifs à l'effet retard. Enfin, et notamment grâce à l'implantation du modèle qui a été effectuée dans le code de dynamique rapide Europlexus, un certain nombre de simulations sont proposées, permettant d'appliquer et de valider les développements effectués.


  • Résumé

    Numerical simulation is today a usual practice for the design of industrial pieces and structures. In this context, the description of the damage of metals represents a new challenge. But damage models have to face a major difficulty: an abusive mesh dependency of the results which is called localization. In order to solve this problem, a damage model whose rate is limited, also called delayed damage model, was developed. Recent studies showed its aptitudes in dynamic to prevent localization. Its use in dynamic finite element codes implies however new problems to which an answer is proposed. An analytical expression of the size of the fully damaged zone, also called characteristic length, is given initially. This allows to evaluate a priori the adequate mesh size. Coupled to an original convergence analysis of the model, it should allow in the future to reduce considerably computation cost by using appropriate numerical techniques as remeshing, multi-grips methods or domain decomposition. For an industrial application, the length of the calculation remains too large. Furthermore, two ways of identification of the two delayed damage parameters using plates impact experiment are proposed. These two protocols are then applied successively for the first time to an aluminium alloy on the one hand and to an titanium ally on the other. Lastly, the implementation of the model was achieved in the fast dynamic finite element code Europlexus, some simulations are proposed. In the mean time, they allow the application and the validation of the various developments carried out previously.

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Informations

  • Détails : VIII-170 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-153

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2836)
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