Caractérisation et modélisation du comportement mécanique de l'acier inoxydable austénitique AISI 301 à l'état écroui : simulation d'un process de mise en forme

par Abdelfettah Zinbi

Thèse de doctorat en Génie Mécanique et Productique

Sous la direction de Camille Gontier.

Soutenue le 07-07-2009

à Tours , dans le cadre de Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours) , en partenariat avec SST/EA 2640 - Laboratoire de Mécanique et Rhéologie (équipe de recherche) et de Université François Rabelais (Tours). Ecole polytechnique universitaire (laboratoire) .

Le président du jury était Narayanaswami Ranganathan.

Le jury était composé de Abdelakhe Bouchou, Abdellatif Imad, Patrick Delobelle.

Les rapporteurs étaient Gérard Ferron, Philippe Pilvin.


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of the mechanical behavior of cold rolled AISI 301 austenitic stainless steel : numerical simulations of a forming process


  • Résumé

    This work focus on experimental characterization and mechanical behavior modeling of metastable stainless steel to simulate clamps forming by finite element method. These complex shape parts obtained by bending sequence are made of steel of high yield stress in the cold rolled sheet of two-phase structure (austenite and martensite). During clamp-forming operation, austenite is transformed to a'-martensite. However, under specific conditions, delayed cracking phenomenon can appears in this materials. This work is divided into two main parts. The first part concerne the experimental and metallurgical characterization a of AISI 301 cold rolling sheet. The study of the strain localization phenomenon in transformation bands is presented. The second part presents the theorical study and the numerical modeling. A phenomenological elastoviscoplastic model proposed integrates the observed anisotropic phenomenon. This model uses non linear kinematic hardening rule. The final investigation, was to incorporated the model into finite element code (Abaqus) in the aim to improve the forming parts quality of forming parts by controlling the evolution of the material, the mechanical and the metallurgical properties.

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