Compréhension et modélisation des mécanismes et des effets de géométrie dans la transition ductile-fragile

par Aboubakr Amzil

Projet de thèse en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Jacques Besson et de Dahl Anna.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Centre des Matériaux (laboratoire) , MAT-Microstructure, Mécanique, Expérimentation - MIMEX (equipe de recherche) et de MINES ParisTech (établissement opérateur d'inscription) depuis le 02-11-2017 .


  • Résumé

    Cette thèse a pour objectif principal d'étudier l'effet de la température et de la géométrie sur la ténacité du matériau dans la zone de transition ductile-fragile. Ce travail propose de modéliser les mécanismes de rupture observés dans cette zone à l'aide d'une approche locale de rupture. Conformément à l'expérience, la rupture dans cette zone peut être décrite par une avancée ductile de la fissure suivie par un clivage de l'éprouvette. Dans le cadre d'une formulation non locale, la rupture fragile est modélisée par une version modifiée du modèle statistique de Beremin. L'avancée ductile peut être modélisée par un modèle d'endommagement non-local de type GTN. On commence tout d'abord par une étude expérimentale du matériau de l'étude : un acier ferritique 18MND5. Plusieurs éprouvettes sont testées pour décrire le comportement de ce matériau vis-à-vis de la plasticité et de l'endommagement. La fractographie en MEB effectuée sur les faciès de rupture permet dans un premier temps de décrire les mécanismes de rupture en fonction de la géométrie et de la température et dans un deuxième temps, de distinguer les éprouvettes fragiles des éprouvettes qui ont une certaine avancée ductile de la fissure. Ensuite, à partir des résultats des observations précédentes, on modélise la plasticité et l'endommagement du matériau. Finalement, une nouvelle méthodologie du calcul de la contrainte de Weibull permet de s'assurer que celle- ci est correctement évaluée ; en particulier on vérifie que le calcul est convergé en maillage et on filtre les fortes fluctuations de contrainte. Le clivage est décrit par le modèle de Ruggieri-Beremin qui permet de prendre en compte l'effet de la déformation plastique sur la contrainte de Weibull.

  • Titre traduit

    Inderstanding and modelling mechanisms and geometry effects in ductile to brittle transition.


  • Résumé

    The major goal of this work is to study the temperature and the geometry effect on material fracture toughness in the Ductile-to-Brittle transition region. This work proposes to model the fracture mechanisms observed in this zone using a local approach to fracture. According to experimental evidences, fracture in the Ductile-to-Brittle can be described as a limited ductile crack advance followed by cleavage. In the context of a non-local formulation, cleavage is modeled using a modified Beremin model while ductile crack advance is modeled using the GTN damage model. Firstly, an experimental study is carried on our material which is the 18MND5 ferritic steel. Several specimens are tested to describe the behavior of our material with respect to plasticity and damage. SEM fractography analysis allows, on the one hand, describing the fracture mechanisms depending on geometry and temperature and on the other hand, distinguishing brittle specimens from specimens that have a certain ductile advance of the crack. Then, from the results of the previous observations, we model the plasticity and the damage of our material. Finally, a new methodology for the Weibull stress evaluation is proposed in order to filter out the elements that are detrimental to the computation of this stress. Cleavage is modeled using the Ruggieri-Beremin model, which takes into account the effect of triaxiality on the Weibull stress.