Etude microstructurale et modélisation numérique du comportement multi-échelles du TiA6V4 sous sollicitations alternées et contact

par Fatna Benmessaoud

Projet de thèse en Génie mécanique, mécanique des matériaux

Sous la direction de Farhad Rezaï-Aria et de Mohammed Cheikh.

Thèses en préparation à l'Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux , dans le cadre de MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés , en partenariat avec ICA - Institut Clément Ader (laboratoire) et de SUMO - Surfaces, Usinage, Matériaux et Outillages (equipe de recherche) depuis le 15-11-2016 .


  • Résumé

    La thèse a pour objectif l'étude des mécanismes de déformation locaux générés au niveau de la surface et de la sous-surface d'un alliage de titane dans des conditions de sollicitations alternées et de contact. Ce travail s'appuiera sur une précédente étude (thèse de A. Zouaghi) où une modélisation du comportement multi-échelle anisotrope en surface de l'acier AISI H11 a été menée. L'étude utilisera un alliage de titane (TA6V) avec 3 microstructures équiaxes avec des tailles de grains initiales différentes: grains très fins, grains fins, et grains de taille standard (UFG/FG/STANDARD). Dans cette étude l'alliage est considéré monophasé (phase alpha) et la présence de la phase béta n'est pas prise en compte. L'étude est menée à température ambiante et les amplitudes des déformations sont considérées faibles. Il est supposé que l'effet d'échauffement thermique n'induit aucun changement de phase. Plus particulièrement, cette étude a pour objectif de proposer des lois de comportement du TiA6V4 et leurs identifications pour les différentes microstructures sous des chargements monotone et cyclique. Ces lois de comportement utiliseront des modèles macroscopiques et des modèles de plasticité cristalline avec approche multi-échelles. Les lois de comportement seront identifiées à partir de : * essais standard (monotone, cyclique); * caractérisations microstructurales (évolution des orientations cristallographiques par EBSD); * essais spécifiques pour l'analyse de champs associée aux évolutions de la microstructure; * une technique appropriée de transition d'échelles en champs moyens. Une étude numérique sera menée conjointement avec l'étude expérimentale. Le volet numérique s'appuiera sur les travaux de thèse d'Ahmed Zouaghi où un modèle de plasticité cristalline a été développé et implémenté dans le code ABAQUS. Le modèle de plasticité cristalline devra être adapté aux alliages de titane avec une microstructure hexagonale compacte. Le modèle éléments finis du VER (Volume Equivalent Représentatif) doit prendre en compte les microstructures équiaxes initiales et leurs évolutions sous l'effet des sollicitations envisagées (traction/compression/frottement). Le modèle de plasticité cristalline sera modifié afin de prendre en considération les conditions de contact et de frottement dans les sollicitations. Le modèle numérique permettra de montrer l'influence de la taille du grain sur le comportement du matériau dans différentes conditions d'essais. La simulation de l'essai de fretting et/ou pion/disque avec comparaison aux résultats expérimentaux permettra de valider le modèle.

  • Titre traduit

    Microstructural study and numerical modeling of multi-scale behavior of TiA6V4 under alternating stresses and contact


  • Résumé

    The aim of the thesis is the study of the local deformation mechanisms generated at the surface and subsurface of a titanium alloy under alternating motion with contact conditions. This work will be based on a previous study (A. Zouaghi thesis) where a modeling of an anisotropic multi-scale behavior of the AISI H11 steel surface was carried out. The study will use a titanium alloy (TA6V) with 3 equiaxed microstructures with different initial grain sizes: very fine grains, fine grains, and standard size grains (UFG / FG / STANDARD). In this study, the alloy is considered with a single phase (alpha phase) and the beta phase is neglected. The study is carried out at ambient temperature and the amplitudes of the deformations are considered to be low. It is assumed that the thermal heating effect does not induce any phase change. More specifically, this study aims to propose behavior models of TiA6V4 and their identifications for the different micro-structures under monotonic and cyclic loading. These models of behavior will use a macroscopic and crystalline plasticity. Behavior laws will be identified from: * Standard tests (monotonous, cyclic); * Microstructural Observations (evolution of the crystallographic orientations using EBSD); * Specific tests for the analysis of fields associated with changes in the micro-structure; A numerical study will be conducted in conjunction with the experimental study. The numerical component will be based on Ahmed Zouaghi thesis where a crystalline plasticity model has been developed and implemented in the ABAQUS code. The crystalline plasticity model will be adapted to model titanium alloys with a compact hexagonal micro-structure. The finite element model of the ERV (Equivalent Representative Volume) must take into account the initial equiaxed micro-structure and their evolution under the effect of different solicitations (tension / compression / friction). The crystalline plasticity model will be modified in order to take into account the conditions of contact and friction. The numerical model will show the influence of grain size on the behavior of the material under different test conditions. The simulation of the fretting test with comparison to the experimental results will be used to validate the model.