Caractérisation du comportement thermo-viscoplastique d’alliages métalliques soumis à des chargements dynamiques biaxiaux

Characterization of thermo-viscoplastic behavior of the metallic alloys under dynamic biaxial loadings

• Auteur / Autrice : Jiabin Liang
• Direction : Lionel Léotoing
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 03/06/2020
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)
• Jury : Président / Présidente : Fodil Meraghni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Léotoing, Fodil Meraghni, Nathalie Boudeau, Carl Labergère, Dominique Guines
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Boudeau, Carl Labergère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais dynamiques

Éléments finis, Méthode des

Plasticité

Métaux -- Essais

Mots clés libres

Traction biaxiale

Anisotropie

Écrouissage thermo-viscoplastique

Analyse inverse

Biaxial tension

Anisotropic behavior

Thermo-viscoplastic hardening

Inverse analysis

Résumé

Des travaux récents ont montré tout l'intérêt de l'essai de traction biaxial sur éprouvette plane en croix pour la caractérisation des comportements rhéologiques des tôles métalliques soumises à des chargements complexes. L'objectif de ce travail est de proposer une méthode de calibration des modèles de comportement plastique (écrouissage thermo-viscoplastique, anisotropie) pour les tôles métalliques soumises à des chargements biaxiaux. On s’intéresse ici à un alliage d'aluminium AA6061. Un dispositif expérimental de traction dynamique biaxiale est utilisé conjointement avec des éprouvettes cruciformes de formes dédiées. La base de données expérimentale établie couvre une plage de température de l’ambiante à environ 200°C et une gamme de vitesse de déformation allant du quasi-statique à 5/s. La calibration de critères de plasticité anisotropes complexes (comme le critère de Bron et Besson) et de modèles d’écrouissage thermo-viscoplastique est effectuée par une procédure inverse. Cette procédure s’appuie sur une modélisation EF de l’essai de traction biaxiale, la mesure de l’effort selon les deux axes de l’éprouvette et la détermination du champ de déformation par technique de corrélation d’image dans la partie centrale de l’éprouvette. L'identification du critère plastique anisotrope est effectuée sur un essai équibiaxial unique dans des conditions de traction quasi-statique à température ambiante alors que l’écrouissage est calibré à partir de plusieurs essais de traction équi-biaxiaux réalisés à différentes vitesses et températures.

Several recent works have shown the interest of the biaxial tensile test on a flat cross section specimen for the characterization of rheological behaviors (limit behaviors, strain hardening, anisotropy, ...) of thin sheet metallic materials subjected to complex loadings (biaxial, linear or non-linear). In this work, a calibrating method of plastic behavior models of metallic sheets subjected to biaxial loading is proposed and illustrated through the characterization of an aluminium alloy AA6061. For this purpose, an experimental biaxial dynamic tensile testing device is used to perform tensile tests on cruciform specimens of dedicated shapes. The established experimental database covers a temperature range from room temperature to about 200°C and a strain rate range from quasistatic to 5/sec. From this database, the calibration of complex anisotropic plasticity criteria (Bron and Besson criteria) and thermo-viscoplastic strainhardening models are performed by an inverse procedure. This procedure is based on a FE modeling of the biaxial tensile test, force measurements along the two axes of the specimen and determination of the strain field in the specimen central area. The identification of the parameters of the anisotropic plastic criterion is carried out on a single equibiaxial test under quasi-static tensile conditions at room temperature while the strain hardening is calibrated from several equibiaxial tensile tests carried out at different speeds and temperatures. Results highlight the potential of the biaxial tensile test on a flat specimen for the calibration of thermo-viscoplastic models used in forming applications where large strains are encountered.