Développement d’outils numériques pour la prise en compte du couplage hydrogène-plasticité dans un code éléments finis : application à l’essai de pliage en U

by Tuan Hung Nguyen

Doctoral thesis in Mécanique et matériaux

Under the supervision of Monique Gasperini and Yann Charles.

Thesis committee President: Michel Coret.

Thesis committee members: Jia Li.

Examiners: Rafaël Estevez, Nicolas Saintier.

  • Alternative Title

    Development of numerical tools for hydrogen-plasticity coupling in a finite element code : application the u-bend test


  • Abstract

    In the framework of the coupling between plasticity and hydrogen interactions with the metallic material, the aim of this thesis is to implement in the finite element code Abaqus © the hydrogen diffusion law coupled with the mechanical fields, accounting particularly for the trapping caused by the plastic strain. The chosen implementation strategy allows to simultaneously solve the diffusion and mechanical problems. It is based on works from the literature and needs the development of procedures in fortran 77, in particular the user procedures UMAT and UMATHT allowing the definition of the mechanical behavior and the material flux respectively. These procedures were confronted with several cases in literature. The developed procedures were applied to the numerical study of the U-bend test, used for characterizing the delayed cracking caused by hydrogen embrittlement. A parametric study on test conditions, boundary conditions on hydrogen and relationship between plasticity, trapped hydrogen, diffusive hydrogen was carried out. Finally, a transposition to the scale of a 3D polycristal was performed using a modified UMAT procedure with crystalline elastoviscoplasticity. A numerical study on the relevant parameters for defining a Representative Volume Element was carried out. Then, the simulation of a virtual u-bend test at the polycristal scale was performed thanks to a boundary condition transfer between global calculation and the RVE, in order to simulate the effect of crystal anisotropy on hydrogen concentration field.


  • Abstract

    Dans le cadre de l’étude du couplage entre la plasticité et les interactions de l’hydrogène avec les matériaux métalliques, l’objectif de ce travail de thèse est l’implémentation dans le code de calcul par éléments finis Abaqus© de la loi de diffusion de l’hydrogène couplée aux champs mécaniques, tenant compte notamment du piégeage dû à la déformation plastique. La stratégie d’implémentation retenue permet de résoudre simultanément les problèmes de diffusion et de mécanique ; elle s’est appuyée sur les travaux de la littérature, et a nécessité le développement de procédures en fortran 77, et en particulier, de procédures utilisateur UMAT et UMATHT permettant de définir respectivement le comportement mécanique, et un flux de matière. Ces procédures ont été confrontées avec succès à plusieurs cas de la littérature. Les outils développés ont été appliqués à l’étude numérique d’un essai de pliage en U, utilisé pour la caractérisation de la rupture différée par fragilisation par l’hydrogène de tôles minces prédéformées plastiquement. Une étude paramétrique portant sur les conditions de l’essai, les conditions limites en hydrogène et la relation entre plasticité, hydrogène piégé et hydrogène diffusif a été menée. Enfin, une transposition à l’échelle du polycristal 3D a été effectuée, en utilisant une procédure UMAT de comportement polycristallin modifiée. Une étude sur les paramètres constitutifs d’un Volume Elémentaire Représentatif a été réalisée, puis, une étude de l’essai en U à l’échelle du polycristal effectuée grâce à un transfert de conditions limites entre un calcul global et le VER, afin de simuler l’effet de l’anisotropie cristalline sur les champs de concentration d’hydrogène.


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Informations

  • Details : 1 vol. (160 p.)
  • Annexes : Comprend des références bibliographiques

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  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TH 20140 57
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