Etude numérique des micromécanismes de l'endommagement ductile dans des microstructures hétérogènes

par Victor Trejo Navas

Thèse de doctorat en Mécanique numérique et Matériaux

Sous la direction de Pierre-Olivier Bouchard et de Marc Bernacki.

Soutenue le 20-12-2018

à Paris Sciences et Lettres (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) .

Le président du jury était Anne-Marie Habraken.

Le jury était composé de Pierre-Olivier Bouchard, Marc Bernacki, Sabine Rolland du Roscoat, Thilo Morgeneyer.

Les rapporteurs étaient Julien Yvonnet, Kuna Meinhard.

mots clés

• Rupture ductile
• Endommagement
• Microstructures hétérogènes
• Coalescence
• Rupture, Mécanique de la
• Matériaux -- Comportement
• Micromécanique (physique du solide)

Résumé

Ce travail vise à mieux comprendre et modéliser les mécanismes de rupture ductile pour les microstructures hétérogènes. La principale méthodologie du projet repose sur la combinaison de trois techniques : la laminographie in situ par rayonnement synchrotron,la corrélation d’images volumiques (DVC) et la simulation par éléments finis (FE) avec des fonctionnalités avancées de maillage et de remaillage automatique. Ce cadre expérimental-numérique est utilisé pour réaliser des simulations numériques à l’échelle microscopique avec des microstructures immergées et des conditions aux limites réalistes. L’effet de la segmentation d’image sur les observables mécaniques finales est évalué par comparaison de trois méthodologies différentes. Ce travail permet, pour la première fois, d’accéder aux valeurs de déformation locales au début de la coalescence pour des microstructures réelles et des conditions aux limites exactes. Les résultats des simulations sont utilisés pour définir et valider des critères de rupture locaux fonctions des contraintes/déformations ou un critère de coalescence basé sur l’évolution de la distance entre les pores.

mots clés

• Ductile fracture
• Ductile damage
• Heterogeneous microstructure
• Void coalescence

Titre traduit

A numerical study of the micromechanisms of ductile damage in heterogeneous microstructures

Résumé

This work constitutes a micromechanical study of ductile fracture.The main methodology consists of acombination of three techniques: Insitu synchrotron radiation computed laminography, digital volume correlation and finite element simulations with advanced meshing and remeshing capabilities. This experimental numerical framework is employed to carry out numerical simulations at the microscale with immersed microstructuresand realistic boundary conditions. The studied material is nodular cast iron, but this methodology has been successfully applied to other materials such as aluminum alloys.Since this is a recent methodology,attention is paid to image immersion as a source of uncertainty. More specifically, the effect of image segmentation on the final mechanical observables, is assessed through comparison of three different segmentation methodologies. The prediction capacity of the numerical simulations is then satisfactorily evaluated through a detailed comparison with experimental measurements. Finally,after evaluating different approaches,the results of the simulations are used to propose and validate a coalescence criterion based on the evolution of the intervoid distance.