Modélisation thermoviscoplastique d'une nuance de tôle d'acier aux grandes vitesses de déformation : étude expérimentale et numérique du cisaillement, de la traction et de la perforation
par Alexis Rusinek
Thèse de doctorat en Mécanique des matériaux
Sous la direction de Janusz Roman Klepaczko.
Soutenue en 2000
à Metz , en partenariat avec LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236 (laboratoire) .
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Résumé
Dans cette thèse plusieurs techniques expérimentales sont présentées pour étudier le comportement des tôles d'acier aux petites et grandes vitesses de déformation. Le travail principal était d'étudier le comportement viscoplastique d'une nuance de tôle d'acier. Il est à noter que de nombreux procédés industriels couvrent une large plage de vitesses de déformation. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles techniques expérimentales balayant un large domaine de vitesses de déformation. Durant cette thèse, trois techniques expérimentales ont été définie comme le double cisaillement (vitesse de déformation variant de 10-4 s-1 à 10+4 s-1), la traction (vitesse de déformation variant de 10-4 s-1 à 130 s-1) et la perforation par projectile hemisphérique (vitesse variant de 10-5 mm/s à 10+2 m/s). Les tests de perforation dynamiques sont bases sur l'impact direct d'un projectile hémisphérique sur une eprouvette attachée sur le tube d'Hopkinson instrumente de jauges de résistance pour mesurer l'onde longitudinale transmise. Une analyse de la propagation des ondes a permis de définir le comportement de cet acier et d'étudier l'effet de la vitesse de déformation, de l'écrouissage et les effets thermiques. Les résultats expérimentaux ont permis d'identifier le comportement de l'acier (acier ES) et de proposer une loi de comportement originale de type thermoviscoplastique. Cette loi de comportement a donne de bonnes approximations du comportement pour différentes vitesses de déformation et température. Cette loi de comportement a été introduite dans un code d'éléments finis (ABAQUS explicit) pour simuler diverses opérations comme la traction dynamique pour identifier la valeur de la vitesse d'impact critique de von Karman. La perforation a également été étudiée avec une formulation 2D et les prédictions en chargement biaxial furent excellente. De plus, l'étude numérique de l'impact et de la propagation des ondes par EF a fut très utile pour comprendre les phénomènes d'instabilité en perforation dynamique. En même temps, il a été possible de définir une plage de vitesse où la réponse du système doit tenir compte des effets d'inertie
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Titre traduit
Thermoviscoplastic modeling of a steel metal at high strain rates : experimental and numerical study of shear, tension and perforation
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