Distribution et transport des variables de modèles polycristallins pour la prédiction de l'anisotropie mécanique des métaux en mise en forme
par Marianne Béringhier
Thèse de doctorat en Mécanique numérique
Sous la direction de Yvan Chastel et de Roland Logé.
Soutenue en 2006
à Paris, ENMP .
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Résumé
Pour la prédiction de l’anisotropie mécanique induite par la microstructure du métal ainsi que le suivi de l’évolution de la texture cristallographique lors de la simulation des procédés de mise en forme, nous utilisons le couplage de la méthode EF à un modèle polycristallin. Pour ce type de couplage, le polycristal est souvent modélisé par sa texture discrétisée, qui est habituellement considérée à chaque point d’intégration du maillage, générant ainsi des temps de calcul très élévés. Afin de diminuer le temps de calcul de ce type d’approche, nous utilisons dans ce travail le concept des particules Lagrangiennes. Les particules Lagrangiennes permettent de subdiviser le volume étudié en cellules. Au lieu de considérer une texture par point d’intégration, la texture est distribuée sur les points d’intégration d’une même cellule. Ainsi, sur chaque point d’intégration du maillage, seule une partie de la texture est considérée, diminuant par conséquent le nombre total de textures placées dans le maillage et le temps de calcul. De plus, lors des simulations des procédés de mise en forme en grandes déformations, le remaillage est souvent nécessaire. L’introduction de particules Lagrangiennes dans le maillage permet de transporter les variables microstructurales, alors que certaines ne peuvent l’être par les méthodes de transport classiques. Cette méthode basée sur le concept des particules Lagrangiennes a été validée à l’aide des expériences suivantes : compressions uniaxiales d’éprouvettes issues d’un acier brut de solidification présentant une texture marquée dans sa zone colonnaire induite par le procédé de solidification, et compressions sur génératrice d’un alliage d’alumium, présentant une texture marquée induite par le filage. La méthode mise en place dans ce travail est présentée dans le cadre général de la simulation de procédés de mise en forme en grandes déformations, où les variables microstructurales du matériau évoluent et déterminent la loi de comportement de celui-ci.
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Titre traduit
Distribution and transport of polycrystalline models variables to predict mechanical anisotropy during metals forming
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Résumé
In order to predict mechanical anisotropy due to metal microstructure and to follow crystallographical texture evolution in the simulation of forming processes, we use the coupling of the FE method with a polycrystalline model. For this kind of coupling, the polycrystal is often represented by its discretized texture, which is usually considered at each integration point in the mesh, thereby generating very large computation times. In order to decrease computation time for this kind of approach, we use in this work the Lagrangian particle concept. The Lagrangian particles allow to divide the studied volume into cells. Instead of considering one texture by integration point, the texture is distributed among the integration points in a given cell. Hence, at each integration point in the mesh, only a part of the texture is considered, consequently decreasing the overall number of textures in the mesh and computation time. Moreover, remeshing is often necessary when dealing with large deformations in the context of forming processes. The use of Lagrangian particles allows the microstructural variables to be transferred from the old mesh to the new one, whereas classical interpolation methods are not appropriated for some of these variables. This Lagrangian particles based method has been validated with the following experiments : uniaxial compression of samples of a rough-cast steel exhibiting a pronounced texture in its columnar zone induced by the casting process, and compression of an aluminium alloy exhibiting a pronounced texture induced by the extrusion. The method developed in this work is presented in the general framework of large deformations processes where the material microstructural variables evolve and determine the material constitutive behaviour.
