Experiment and numerical simulation of welding induced damage : stainless steel 15-5PH

par Tong Wu

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Alain Combescure.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .

  • Titre traduit

    = Expérimentation et Simulation Numérique des états d'endommagement du soudage de l'acier 15-5PH


  • Résumé

    L’objectif de cette étude est la prédiction du dommage et des contraintes résiduelles induites par des procédés haute température conduisant à une transformation de phase martensitique. On s’est intéressé plus premièrement à la modélisation du dommage induit par une histoire thermomécanique complexe, comme peuvent en produire les Zones Affectées Thermiquement de soudage. Nous proposons dans ce travail un modèle à deux échelles développé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Les équations de ce modèle couplent plasticité, endommagement, transformation de phase et plasticité de transformation. Nous avons réalisé de nombreux essais sur le 15-5PH en vue de l’identification des transformations de phase et des lois de comportement thermomécaniques. Les essais sur les éprouvettes entaillées ont été conçus pour valider les modèles d’endommagement ainsi que la localisation des déformations en utilisant la stéréo corrélation d’images. Les simulations numériques ont été effectuées avec le code CAST3M du CEA dans lequel nous avons implanté le méso modèle. Nous avons calculé l’état de contraintes résiduelles dans un disque de 15-5PH induites par un chauffage laser. En sus des contraintes, on peut suivre au cours du calcul les variables internes telles que l’endommagement ou les déformations anélastiques. Les simulations montrent que la plasticité de transformation modifie le niveau des contraintes résiduelles et peut ne pas être négligeable. Quand à l’endommagement, celui-ci fait décroître les valeurs maximales de contrainte résiduelles jusqu’à huit pourcent dans les zones les plus sollicitées.


  • Résumé

    The objective of this study is the prediction of damage and residual stresses induced by hot processing which leads to phase transformation in martensitic stainless steel. This study firstly concerns the modelling of the damage of material induced by a complex history of thermoelastoplastic multiphase in heat-affected-zone (HAZ) of welding. In this work, a two-scale mode of elastoplastic damage multiphase was developed in the framework of thermodynamatics of irreversible process. The constitutive equations are coupling with ductile damage, elasoplasticity, phase transformation, and transformation plasticity. The experiments of 15-5PH were implemented for the identification of phase transformation, transformation plasticity and damage models. Tests of flat notched specimen were designed to provide the validation of damage model and strain localization using three dimensional image correlation technologies. In addition, microscopic analysis was performed to provide microstructure characterization of 15-5PH and to discover the damage mechanism. Finally the numerical simulation was performed in the code CAST3M® of CEA. We used the two-scale model including phase transformation, transformation plasticity and damage to simulate the level of residual stresses of a disk made of 15-5PH metal heated by laser. The internal variables, such as strain, stress, damage, were successfully traced in the simulation of two-scale model. The simulation results showed the transformation plasticity changes the level of residual stresses and should not be negligible; damage decreases about 8 percent peak value of residual stresses on upper surface of disk.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (VIII-186 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 145-155

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole nationale d'ingénieurs. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 621.791 (043.2) WU
  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3295)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.