Approche informatique multi-échelles pour les processus de déformation sévère dans des agrégats polycristallins

par Vikram Phalke

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Samuel Forest et de Arjen Roos.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (laboratoire) , MAT- Simulation des matériaux et des structures - SIMS (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 19-11-2018 .


  • Résumé

    Dans ce travail, un modèle de plasticité cristalline à déformation finalisée est implémenté dans le code implicite d'éléments finis Zset (code commun de MINES ParosTech-SafranTech). L'identification des paramètres de matériau sera effectuée pour l'alliage de titane pour lequel des résultats expérimentaux sont disponibles dans le cadre du projet, à l'aide de simulations d'éléments de volume représentatifs de polycristaux. Le modèle sera également implémenté dans un code explicite à des fins de comparaison. Des simulations par éléments finis seront effectuées sur de grandes souches afin d'étudier les possibilités de remodelage et de transfert de champ dans le contexte de la plasticité cristalline. Dans un deuxième temps, le cadre de plasticité cristalline sera étendu pour intégrer l'effet des dislocations géométriquement nécessaires (GND) apparaissant en présence de forts gradients de déformation. Deux types de modèles de plasticité cristalline à gradient de contrainte seront considérés. Le premier est un modèle de plasticité cristalline à gradient de contrainte disponible incorporant le gradient de glissement cumulatif dans la formulation. Le code implicite correspondant est déjà disponible pour les souches finies. Cette première approche sera étendue pour incorporer le tenseur de densité de dislocations complètes (tenseur de GND) défini comme la courbure du champ de déformation plastique. Les effets de taille associés à la taille du grain et aux forts gradients de contrainte induits par la charge seront étudiés et comparés aux résultats expérimentaux obtenus dans le projet. La dernière étape sera consacrée à l'identification d'un modèle polycristal homogénéisé pour les grandes souches à partir des simulations des agrégats polycristallins. Ce modèle réduit sera utilisé pour déterminer l'effet de la texture cristallographique et son évolution au cours du filtrage. Une première version du modèle est disponible et sera étendue pour incorporer des lois de comportement appropriées, notamment les densités de dislocations et les longueurs caractéristiques déduites des simulations sur terrain complet. Les résultats du modèle d'homogénéisation serviront à l'étalonnage de modèles plus macroscopiques non basés sur la plasticité cristalline.

  • Titre traduit

    Multiscale computational approach for severe deformation processes in polycrystalline aggregates


  • Résumé

    In this work a finite deformation crystal plasticity model implemented in the implicit finite element code Zset (common code for MINES ParosTech-SafranTech). The identification of the material parameters will be carried out for the titanium alloy for which experimental results are available within the project, using simulations of representative volume elements of polycrystals. The model will be also implemented in an explicit code for comparison. Finite element simulations will be performed at large strains in order to investigate the possibility of remeshing and field transfer in the context of crystal plasticity. In a second step, the crystal plasticity framework will be extended to incorporate the effect of Geometrically Necessary Dislocations (GND) that arise in the presence of strong strain gradients. Two types of strain gradient crystal plasticity models will be considered. The first one is an available strain gradient crystal plasticity model incorporating the gradient of cumulative slip in the formulation. The corresponding implicit code is already available at finite strains. This first approach will be extended to incorporate the full dislocation density tensor (GND tensor) defined as the curl of the plastic deformation field. Size effects associated with grain size and strong strain gradients induced by the loading will be investigated and compared to experimental results obtained within the project. The last stage will be devoted to the identification of a homogenized polycrystal model at large strains from the simulations of the polycrystalline aggregates. This reduced model will be used to determine the effect of the crystallographic texture and its evolution during straining. A first version of the model is available and will be extended to incorporate suitable constitutive laws including dislocation densities and characteristic lengths deduced from the full field simulations. The results of the homogenization model will serve forthe calibration of more macroscopic models not based on crystal plasticity.