Evaluation non-paramétrique de champs de contraintes pour matériaux dépendants de l’histoire : Formulation, Validation et Applications

Non-parametric evaluation of stress fields for history-dependent materials : Formulation, Validation and Appications

• Auteur / Autrice : Raphaël Langlois
• Direction : Julien Réthoré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 17/01/2023
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Baietto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Grédiac, Pierre Yves Manach, Michel Coret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Noël Périé, Pierre Feissel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrélation d'images numériques

Plasticité

Matériaux -- Fatigue

Matériaux -- Fissuration

Mots clés libres

Plasticité

Identification

Méthodes inverses

Mesures de champs

Bandes de Lüders

Fissures de fatigue

Plasticity

Identification

Inverse methods

Full-field measurements

Lüders bands

Fatigue cracks

Résumé

Récemment, de nouvelles approchesont été développées pour estimer les champs decontraintes sans postuler de modèle de comportementdans un cadre élastique à partir de mesuresde champs cinématiques et de mesuresponctuelles d’efforts. Ces méthodes permettentd’évaluer des champs de contraintes dans desscénarios qui requièrent classiquement de postulera priori une forme de la relation de comportement.Cette thèse s’inscrit dans la suite de ces travauxet propose une extension de la méthode de« Data-Driven Identification » initiée par Leygueet al. (2018) pour des matériaux dépendants del’histoire. La méthode proposée est validée surun essai à géométrie complexe pour un matériauprésentant des instabilités de type Piobert-Lüders où peu de lois de comportement macroscopiquesexistent, compromettant l’utilisationdes méthodes conventionnelles de type « FiniteElement Method Updating ».Dans un second temps, des essais de propagationde fissures de fatigue sont analysés.Une procédure d’optimisation du maillage utilisépour la mesure des déformations par « DigitalImage Correlation » est développée afin de décrireau mieux les surfaces libres formées par lesfissures. Les champs de contraintes en pointede fissures sont obtenus pour différentes longueursde fissures et différents cas de chargementet permettent de mettre en évidence desinteractions entre les fissures et des élémentsgéométriques des éprouvettes utilisées. Finalement,en introduisant des hypothèses sur la partitionélastique-plastique de la déformation, les déformationsplastiques en pointe de fissures sontévaluées puis analysées.

In recent years, new paradigms have been proposed to identifiy stress fields without any postulate on the form of the constitutive relationf or elastic materials from full-field kinematic measurements. These methods allow the evaluation of stress fields on geometries which usually require the a priori formulation of a constitutive model.The present work is an extension of theso-called Data-Driven Identification proposed by Leygue et al. (2018) to history-dependent materials.The proposed extension is validated with a test on a complex geometry sample for a low carbon steel exhibiting Piobert–Lüders instabilities where classical methodes such as « Finite-Element Method Updating » cannot be reasonably employed.Second, fatigue crack propagation tests are analysed. A meshing strategy is proposed to account for the free boundaries introduced by the propagating crack in a strain measurement by« Digital Image Correlation ». The stress fields at the crack tip are estimated for various crack lengths and loadings to highligth interactions between the crack and the geometric features of the samples. Finally, using minimal hypotheses the plastic strains are estimated and analysed.