Étude et modélisation multiéchelle de l'endommagement ductile d'alliages de titane avec un réseau de défauts

par Clément Cadet

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Samuel Forest, Pierre Kerfriden et de Franck N'Guyen.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris) , en partenariat avec ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (laboratoire) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Les procédés de fabrication tels que le soudage ou la fabrication additive peuvent introduire des défauts de taille caractéristique pouvant atteindre la centaine de micromètres. Les progrès des contrôles non destructifs permettent de détecter des défauts de taille de l'ordre de la dizaine de micromètres. Les populations de défauts peuvent ainsi être caractérisées et également exploitées dans des calculs de prévision de durée de vie des composants. De plus, à ces échelles, la microstructure et les contraintes résiduelles peuvent fortement influencer la tenue mécanique. Des outils de modélisation ont été développés permettant de caractériser une population de défauts liée à un procédé de soudage et d'extrapoler une population représentative sur un modèle numérique d'une structure. Des calculs de tenue mécanique d'une structure soumise à des chargements cycliques sont finalement effectués. Cette méthodologie est d'intérêt pour des pièces à haute valeur ajoutée. Le travail de thèse poursuivra ces développements en se basant sur la problématique de rupture ductile d'une structure dans le domaine des grandes déformations. Deux populations de défauts seront prises en compte : une première explicitement maillée correspondant aux défauts pouvant être observés par tomographie X et une seconde influençant les lois de comportement mécanique locales, cela en prenant en compte les aspects physiques locaux comme les interactions entre plasticité (isotrope ou cristalline) en grandes déformation avec des défauts. Ces méthodes doivent apporter des réponses quantitatives à la définition des critères d'acceptation des défauts. De plus, les outils développés devront être utilisables sur structure et permettre de réaliser des calculs nécessaires aux bureaux d'études dans le cas de la justification des dérogations (acceptation d'une pièce avec des défauts). L'objectif de la thèse est donc de proposer une méthodologie originale de dimensionnement de structures avec des défauts.

  • Titre traduit

    Multiscale modelling of ductile damage in titanium alloys with a network of defects


  • Résumé

    Production processes such as welding or additive manufacturing can introduce defects reaching characteristic sizes of a hundred micrometers. The progress of non-destructive inspection allows to detect defects about ten micrometers large. Defect populations can thus be characterized and used in component life prediction calculations. In addition, at these scales, microstructure and residual stresses can strongly influence mechanical strength. Modelling tools have been developed to characterize a population of defects related to a welding process and then extrapolate a representative population on the numerical model of a structure. Calculations of the mechanical strength of a structure subjected to cyclic loads are finally carried out. This methodology is especially interesting for high added-value parts. The work will continue these developments focusing on the problem of ductile failure at finite deformation. Two populations of defects will be taken into account : the first one will be explicitly meshed to represent the defects that can be observed by X-ray tomography whereas the second one will influence local mechanical behaviour laws, taking into account local physical aspects such as the interactions between plasticity (isotropic or crystalline) at finite deformation with defects. The methods must provide quantitative answers in order to define defect acceptance criteria. In addition, the tools developed must be usable on a structure and allow the design offices to carry out the necessary calculations in the case of the justification of derogations (acceptance of a part with defects). The objective of this work is therefore to propose an original methodology for sizing structures with defects.