Étude numérique de la nocivité des défauts dans les soudures

par Laurent Lacourt

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Samuel Forest et de David Ryckelynck.

Soutenue le 14-10-2019

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Centre des Matériaux (laboratoire) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) .

Le président du jury était Dominique Poquillon.

Le jury était composé de Samuel Forest, David Ryckelynck, Habibou Maitournam, François Willot, Sylvain Flouriot.

Les rapporteurs étaient Franck Morel, Felix Fritzen.


  • Résumé

    Certains procédés de fabrication tels que le soudage ou la fabrication additive génèrent des défauts qui peuvent maintenant être détectés en cours de production par des moyens de contrôle non destructif. Afin de ne pas rebuter des pièces présentant des défauts non critiques, il est indispensable de développer des méthodes de dimensionnement les prenant en compte. Elles doivent apporter des réponses quantitatives pour mener à la définition de critères d’acceptation de défauts. De plus, afin d'être utilisables dans un contexte industriel, leur application doit être efficace. L’objectif de la thèse est donc de proposer une méthodologie innovante de dimensionnement de structures avec des défauts. Le travail de thèse se concentre sur une soudure de pièces en alliage de titane obtenue par laser pulsé. Elle se découpe selon 3 axes d'étude. Dans un premier temps, le comportement mécanique cyclique de la soudure est modélisé. Plusieurs lois de comportement sont identifiées et utilisées pour décrire les différentes microstructures observées dans le joint soudé. Ensuite, les populations de défauts engendrées par le procédé sont caractérisées par tomographie aux rayons X. La morphologie des défauts est analysée et une bibliothèque de défauts est mise en place. La répartition spatiale des défauts est étudiée et rapprochée des mécanismes de formation de ces derniers. Grâce à la grande quantité de données acquises, un modèle de génération de populations réaliste est proposé et calibré. Enfin, dans le but de diminuer la complexité numérique des simulations, une approche basée sur la méthode d'hyper-réduction de modèles est proposée. Une méthode de construction de la base d'ordre réduit à deux échelles permet de prendre en compte les données directement issues des contrôles.

  • Titre traduit

    Lifetime assessment of welded structures containing defects


  • Résumé

    Defects can be formed during assembly processes such as welding and additive manufacturing. Current non-destructive inspection techniques are able to detect these voids in a mass production context. Thus there is a critical need of methods able to assess the harmfullness of these defects. These methods must be reliable to derive acceptation criteria. Their application in a industrial context requires efficiency to give an answer in a short time. This work aims at proposing an innovative design methodology that takes these defects into account. This work focuses on a particular welded joint : two titanium alloy parts are assembled by means of a pulsed laser. Three main topics are adressed. First, the cyclic behavior of the fusion zone is studied and modeled. X-Ray tomography is used to characterize the defects formed by the process. Their morphology is studied and a library of defects is built. The spatial distribution of the defects is closely linked to the welding process. A quantitative analysis provides a model able to generate realistic defect populations. To decrease the computational cost of numerical simulations of structures with defects, a model order reduction technique is proposed. It relies on the hyper-reduction method. A multi-scale reduced order basis building enables the use of data coming from tomographic analysis. Moreover, the offline phase cost is decreased.


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