Identification d'un modèle de plasticité cristalline par recalage éléments finis sur des mesures de champs cinématiques issues d'un essai de traction sur des multicristaux d'aluminium pur élaborés par écrouissage critique

par Hoang Son Tran

Thèse de doctorat en Mécanique option Matériaux

Sous la direction de Halim Haddadi.

Soutenue en 2013

à Paris 13 .


  • Résumé

    Durant les quinze dernières années, l’étude de la plasticité des multicristaux connait un regain d’intérêt suite au développement de la dynamique des dislocations et la technique des mesures de champs cinématiques. Ce travail vise à utiliser ces dernières afin d’identifier les paramètres de modèles de comportement cristallin. Il s’articule autour de trois parties principales : La première partie a concerné l’élaboration d’éprouvettes multicristallines avec une seule couche de grains quasi-colonnaires de tailles centimétriques à partir de plaques d'aluminium de pureté commerciale (99,5%). Ce résultat a été obtenu grâce à l’optimisation de la procédure en utilisant des mesures de champs de déformation sur des éprouvettes trapézoïdales ayant subi différentes gammes de déformation et de traitement thermique. L’orientation des grains des deux multicristaux sélectionnés a été mesurée par diffraction en utilisant la méthode de Laue. La deuxième partie présente les essais de traction sur ces deux multicristaux. Les champs cinématiques ont été mesurés par la méthode de stéréo-corrélation avec une résolution de 2×10-4 grâce à une calibration du système de mesure. Ces champs de déplacements ont permis, en plus de calculer les fonctions coût, d’utiliser des conditions aux limites expérimentales et de suivre les déplacements des joints de grains. L’observation des lignes de lissement a été réalisée dans le MEB sur la face B du deuxième multicristal. La dernière partie de cette étude s’est déroulée sur deux phases. La première concerne la mise en œuvre du protocole d’identification sur le premier multicristal en minimisant une fonction coût qui est une somme pondérée des écarts sur les champs de déplacements et la force. Le jeu identifié a permis une très bonne prévision de la force et des champs cinématiques. La deuxième phase a eu comme objectif la validation du jeu identifié dans la phase précédente en l’utilisant comme paramètres du modèle pour une simulation de l’essai de traction du deuxième multicristal. Cette validation s’est basée sur quatre types d’informations : les champs de déformations, la courbe force-déplacement, la forme des grains et les traces de glissement. On obtient là aussi une très bonne concordance entre simulation et mesure malgré l’utilisation d’un modèle phénoménologique de la plasticité cristalline.

  • Titre traduit

    Crystal plasticity : Identification of constitutive laws by finite element model updating based on strain fields measured by digital image correlation


  • Résumé

    The purpose of this study is to propose a procedure to identify the parameters of a constitutive model for the mechanical behaviour of single crystal. This procedure consists in a quantitative comparison between finite element simulations of multicrystalline aggregates with experimental results (Force-Displacement curve and strain fields). The kinematic measurement is done thanks to the digital image correlation technique. The optimal values of the material parameters are derived by a minimization of a total cost function which is a weighted sum between two costs functions calculated respectively on the strain field defined on the same area and the tensile force. This study is divided into three stages : The first stage was the preparation of multicrystal samples. The main purpose of the experiment is to study the influence of main parameters to optimize the elaboration process. We have succeeded in producing Aluminium multicrystals with a single layer of quasi-columnar grains of centimeter size and single crystals. The second stage concerns the mechanical test on multicrystals. The samples used in this study contain few centimetre grains crystallographically oriented by X-ray diffraction technique have been analysed at different deformation stages. We examine the scheme of high plastic strain heterogeneity and its evolution with load. The results obtained allow exploiting the identification procedure. The last stage of this study concerns the identification and validation. The finite element mesh geometry is based on the actual 3D morphology of grains. The sensitivity of the strains fields and the global behaviour due to the model parameters and then the crystal orientations were discussed. The influence of some key-elements entering in the identification procedure such as: zones and stages of deformation, the initial set of parameters, the fineness of the mesh and the weights are studied. Another multicrystal was used to validate the identified parameters. In any cases, a good agreement is obtained on the global curve and the prediction of the strain fields.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (187p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-187

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  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TH 2013 074
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