Étude numérique de la nocivité des défauts dans les soudures

par Laurent Lacourt

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Samuel Forest, David Ryckelynck et de François Willot.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Centre des Matériaux (laboratoire) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    Les procédés de fabrication tels que le soudage ou la fabrication additive génèrent des défauts. Les progrès des contrôles non destructifs permettent de détecter, localiser, mesurer les dimensions de ces défauts de manière plus précise. Afin de ne pas rebuter des pièces présentant des défauts non critiques pour la structure et vis-à-vis des sollicitations mécaniques, il est indispensable de développer des méthodes de dimensionnement les prenant en compte. Ces méthodes doivent apporter des réponses quantitatives à la définition des critères d'acceptation des défauts. De plus les outils développés devront être utilisables sur structure et permettre de réaliser des calculs nécessaires aux bureaux d'études dans le cas de la justification des dérogations (acceptation d'une pièce avec défaut). L'objectif de la thèse est donc de proposer une méthodologie innovante de dimensionnement de structures avec des défauts. Le travail de thèse se déroulera en 4 volets, mêlant à la fois les aspects expérimentaux et numériques avancés. Dans un premier temps, des éprouvettes représentatives des défauts rencontrés sur pièce mais aussi contenant des défauts volontairement accentués et reproductibles (en surface et à coeur) seront réalisées afin de bien définir les critères d'acceptation de ces défauts. Des analyses par tomographie X seront réalisées sur grands instruments afin d'analyser le type de défauts présents à coeur des pièces. Une analyse statistique sera ensuite menée afin de proposer un modèle « mathématique » capable de générer des défauts représentatifs dans une structure. Une attention particulière sera portée sur le type de défaut (en surface ou à coeur), la morphologie, la taille, l'orientation et la densité. Les mécanismes d'endommagement pourront également être étudiés par tomographie. Ce volet a pour objectif de définir les critères d'endommagement (ductile ou en fatigue) ou de tenue aux environnements mécaniques. Ces critères devront faire appel à des paramètres pertinents du point de vue physique. La dernière partie de la thèse consistera à développer et utiliser les modèles numériques. Des calculs par éléments finis seront réalisés de manière systématique sur les éprouvettes caractérisées par tomographie X ou des microstructures avec défauts générés à l'aide du modèle préalablement mis en place. Des méthodes numériques innovantes et performantes seront mises en place afin que les calculs soient réalisables dans des temps compatibles avec le bureau d'étude. Dans le cas de la propagation de fissure par fatigue et également pour limiter la multitude de configurations statistiques, il faudra envisager de mettre en place des méthodes de réduction de modèles afin de réaliser des calculs avec des configurations réalistes de défauts et des calculs cycliques sur plusieurs milliers (voir millions) de cycles dans un temps raisonnable. L'approche par réduction de modèles permet de réaliser des études paramétriques complexes à partir d'une base de données de résultats de calculs réalisés off-line. Il pourra également être envisagé de représenter la microstructure avec défauts avec un milieu homogène équivalent. Cette méthodologie sera validée sur une pièce de structures en alliage de titane comportant des défauts introduits demanière volontaire. La démarche scientifique proposée s'appuiera sur l'expertise de plusieurs équipes de l'Ecole des Mines de Paris, la coordination étant réalisée par l'équipe Comportement Calculs de Structures du Centre des Matériaux. L'imagerie tridimensionnelle de défauts par microtomographie sera réalisée en coopération avec l'équipe Métallurgie Mécanique (des campagnes de mesures seront prévues à Grenoble ou/et dans la région parisienne par un financement dédié ou/et des propositions soumises aux grands instruments). La modélisation morphologique mathématique et statistique, ainsi que certains aspects de maillage des défauts, seront réalisés en coopération avec le Centre de Morphologie Mathématique de l'Ecole des Mines. Les calculs par éléments finis, les modèles de comportement et de durée de vie seront développés dans l'équipe Comportement Calculs de Structures du Centre des Matériaux, en concertation avec le CEA/Valduc afin que les calculs soient réalisables sur site.

  • Titre traduit

    Lifetime assessment of welded structures containing defects


  • Résumé

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