Simulations numériques de la localisation plastique dans les aciers martensitiques charges par impact

par Maciej Klósak

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Janusz Roman Klepaczko et de Tomasz Lodygowski.

Soutenue en 1999

à Metz en cotutelle avec Poznan (Pologne) , en partenariat avec LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236 (laboratoire) .

mots clés

• Acier martensitique
• Déformations (mécanique)
• Simulation par ordinateur
• Impact

Résumé

Ce travail présente l'étude numérique de la localisation de déformation viscoplastique sous forme de striction et de bande de cisaillement adiabatique. Il est inspiré par une série d'essais de double cisaillement effectuée récemment au sein du LPMM. Afin de reproduire le comportement l'acier martensitique VAR4340 dans les conditions du chargement dynamique, une loi de comportement phenomenologique est recherchée. Un point important de l'analyse est l'estimation de la vitesse d'impact critique (CIV). Une attention particulière est apportée sur la modélisation par éléments finis dans l'environnement du code ABAQUS. Les objectifs de la thèse sont accomplis. La loi de comportement proposée reflète correctement le comportement du matériau ainsi qu'elle permet une simulation numérique efficace des essais dynamiques. Enfin, elle rend possible une estimation de la vitesse d'impact critique (CIV) en traction et en cisaillement. Cette dernière est en accord avec les valeurs expérimentales. Les simulations numériques ont répondu à plusieurs questions concernant la technique expérimentale du double cisaillement. Les différents tests confirment l'efficacité de la méthode. La modélisation par éléments finis révèle les précautions à prendre lors de l'entreprise du problème dynamique avec adoucissement thermomécanique (sensibilité du maillage, conditions aux limites)

Titre traduit

Numerical Simulations of Plastic Localization in Martensitic Steels Loaded by Impact

Résumé

The work contains numerical studies of plastic localisation in the form of necking and adiabatic shear bands. It has been inspired by the series of experiments of double shear recently carried out at LPMM. In order to study the behaviour of the martensitic steel \IAR4340 under dynamic loading, a phenomenological constitutive relation has been proposed. An important point of the analysis is the estimation of the Critical Impact Velocity (CIV). A special attention is paid to the finite element modelling in the environment of the code ABAQUS. The aims of the work have been achieved. The constitutive relation reflects properly material behaviour as well as it enables efficient numerical simulations of dynamic processes. It also permits for an estimation of the Critical Impact Velocity in tension and in shear, which confirms the experimental data. The numerical simulations have answered some questions concerning the experimental technique of double shear, confirming its applicability. The finite element modelling has revealed problems encountered during modelling of dynamics, especially the softening analysis, such as mesh dependence, correct assumption of boundary conditions or well-posedness