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This work deals with the fragmentation of dynamically expanding metal shells and covers a problem of interest for both civil and military industries. For both fields of application, it is crucial to predict the size and the speed of fragments, resulting from the destruction of shells in order to measure the consequences that it could have on structures. Current models study the growth of a defect within the material and are able to determine a characteristic size of fragments. Nevertheless, these models require a hypothesis whose validity is questionable when the rate of deformation is important. In this work, we propose a new analytical model for cylinders (equivalent to the dynamic extension of a plate) to overcome this hypothesis and study the influence of the initial defect by following its time evolution. The model is compared successfully with results performed with a finite element method. Our work notably expands the framework of classical linear stability analyses. As a major outcome, the proposed approach is able to track the evolution of a perturbation even for small plastic strain, when the flow may be stable. In addition it is shown that the present approach can predict accurately the time where the elastic unloading is observed in finite element simulations.; La fragmentation d’enveloppes métalliques en expansion dynamique intéresse tant l’industrie civile que celle de la défense. Pour les deux domaines d’application, il s’agit de pouvoir prédire la taille et la vitesse des fragments, résultant de la destruction des enveloppes, afin de mesurer les conséquences que ceux-ci peuvent avoir sur des structures de sécurité. Les modèles de prédiction existants étudient le développement d’un défaut au sein du matériau et arrivent à déterminer une taille caractéristique des fragments. Néanmoins, ces modèles nécessitent une hypothèse dont la validité est remise en cause lorsque la vitesse de déformation est importante. Dans ce travail, nous proposons un nouveau modèle analytique pour des cylindres (sollicitation en traction plane) permettant de s’affranchir de cette hypothèse et d’étudier l’influence du défaut initial en suivant son évolution. Le modèle développé est comparé avec succès à des résultats issus de simulations numériques par éléments finis. Nos travaux permettent notamment de préciser les cadres d’application et de validité des approches classiques. Comme résultats majeurs, la nouvelle approche permet d’analyser les évolutions des perturbations aux faibles déformations mais aussi d’estimer le temps d’apparition des premières décharges élastiques, synonymes de strictions localisées.

This work deals with the fragmentation of dynamically expanding metal shells and covers a problem of interest for both civil and military industries. For both fields of application, it is crucial to predict the size and the speed of fragments, resulting from the destruction of shells in order to measure the consequences that it could have on structures. Current models study the growth of a defect within the material and are able to determine a characteristic size of fragments. Nevertheless, these models require a hypothesis whose validity is questionable when the rate of deformation is important. In this work, we propose a new analytical model for cylinders (equivalent to the dynamic extension of a plate) to overcome this hypothesis and study the influence of the initial defect by following its time evolution. The model is compared successfully with results performed with a finite element method. Our work notably expands the framework of classical linear stability analyses. As a major outcome, the proposed approach is able to track the evolution of a perturbation even for small plastic strain, when the flow may be stable. In addition it is shown that the present approach can predict accurately the time where the elastic unloading is observed in finite element simulations.; La fragmentation d’enveloppes métalliques en expansion dynamique intéresse tant l’industrie civile que celle de la défense. Pour les deux domaines d’application, il s’agit de pouvoir prédire la taille et la vitesse des fragments, résultant de la destruction des enveloppes, afin de mesurer les conséquences que ceux-ci peuvent avoir sur des structures de sécurité. Les modèles de prédiction existants étudient le développement d’un défaut au sein du matériau et arrivent à déterminer une taille caractéristique des fragments. Néanmoins, ces modèles nécessitent une hypothèse dont la validité est remise en cause lorsque la vitesse de déformation est importante. Dans ce travail, nous proposons un nouveau modèle analytique pour des cylindres (sollicitation en traction plane) permettant de s’affranchir de cette hypothèse et d’étudier l’influence du défaut initial en suivant son évolution. Le modèle développé est comparé avec succès à des résultats issus de simulations numériques par éléments finis. Nos travaux permettent notamment de préciser les cadres d’application et de validité des approches classiques. Comme résultats majeurs, la nouvelle approche permet d’analyser les évolutions des perturbations aux faibles déformations mais aussi d’estimer le temps d’apparition des premières décharges élastiques, synonymes de strictions localisées.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La plupart des alliages métalliques anciens ou plus récents présentent sur leur courbe de traction une longue partie adoucissante. Ce domaine adoucissant s'accompagne d'une concentration de la déformation sous forme d'une striction diffuse pour les éprouvettes de traction cylindriques ou sous forme d'une ou plusieurs bandes de localisation pour les éprouvettes de traction plates. Pour un certain nombre d'alliages métalliques cette partie adoucissante s'accompagne du dévellopement d'un endomagement ductile caractérisé par la nucléation, la croissance, et la coalescence de porosités au sein de la zone de striction. Ce type de comportement peut être modélisé à l'aide d'un modéle couplant plasticité et rupture ductile de type GTN. Au contraire pour d'autre alliages dont la rupture est pourtant ductile, l'analyse après rupture par coupe et fractographie montre la quasi absence d'endommagement sous la surface, ce qui rend inutile dans ce cas l'utilisation de modèles couplé avancé de type GTN ou Rousselier. Il est possible de simuler de manière simple l'ensemble de la courbe de traction à l'aide d'une loi d'écrouissage adaptée et d'un modèle en grande déformation, la décroissance de la courbe nominale étant apportée par l'adoucissement géométrique. La rupture finale de l'éprouvette est alors décrite à l'aide d'un critère utilisable de manière découplé avec le calcul élément fini. Cependant l'identification de la loi d'écrouissage dans la partie adoucissante est beaucoup plus complexe que dans la partie durcissante de la courbe de traction pour plusieurs raisons liées à la non-uniformité de la déformation dans l'éprouvette : 1. la mesure de déformation expérimentale est affectée par la position et le type d'extensomètre utilisé. 2. l'identification doit être réalisée sur un calcul par éléments finis de l'éprouvette entière et par méthode inverse et non sur un point matériel comme pour le reste de la courbe 3. les paramètres du calculs (taille de maille, pas de temps, précision,...) peuvent affecter la courbe simulée et donc le résultat de l'identification 4. la courbe simulée est affecté par certains choix dans le modèle de comportement (isotrope/cinématique, von Mises/Tresca, Anisotropie, Viscosité ...) et implique donc des choix qui peuvent ar contre être relativement transparents pour sur la partie pré-striction Une étude paramétrique étendue est présentée ici afin d'analyser l'influence de ces différents paramètres sur la courbe de réponse globale et sur les propriétés géomètrique (angle, taille, intensisté,...) de la localisation. Les calculs sont réalisé à l'aide d'un code par élément fini implicite et en prenant pour modèle matériaux de référence un acier ferritique C-Mn déjà étudié pour des problème de localisation en cisaillement [1]. Les résultats numériques obtenus notement pour les effet de la géométrie des éprouvettes, seront comparés à certains travaux expérimentaux similaires analysant la cinématique des bandes de localisation dans des alliages métalliques [2]. [1]Experimental and numerical analysis of the Lüders phenomenon in simple shear M. Mazière, C. Luis, A. Marais, S. Forest, M. Gaspérini International Journal of Solids and Structures, Volumes 106?107, February 2017, Pages 305-314 [2] A Closer Look at the Diffuse and Localised Necking of A Metallic Thin Sheet: Evolution of the Two Bands Pattern By: Bao, C.; Francois, M.; Le Joncour, L. STRAIN Volume: 52 Issue: 3 Pages: 244-260 Published: JUN 2016

International audience; La fragmentation dynamique de structures est un sujet qui intéresse autant l'industrie (évaluation des risques liés à l'explosion de containers sous pression,...) que la défense (connaissance de la fragmentation des corps de bombes,...). De nombreuses études expérimentales ont été publiées concernant l'expansion dynamique de structures (cylindre, anneau, sphère ou hémisphère) au moyen de chargements par explosif ou par voie électromagnétique. Ces études permettent d'accéder à une description précise du processus de fragmentation dynamique. On pourra noter ici, parmi les références les plus récentes, [3] et [7] pour les chargements par explosif et [13] pour les chargements électromagnétiques. Afin de comprendre et reproduire les résultats expérimentaux, de nombreux auteurs ([1], [15], [11], [14], [8], [10] et [6] pour les plus récents) ont adopté la méthode des éléments finis pour simuler l'expansion d'une structure dans laquelle une perturbation initiale calibrée est introduite pour déclencher les instabilités et observer le phénomène de striction multiple conduisant à la fragmentation. L'amplitude de la perturbation est ajustée pour retrouver les résultats expérimentaux en termes de nombre et de distribution de fragments. Mais aucune étude ne semble encore être prédictive. Dans ce travail, nous nous sommes attachés à étudier l'influence de l'amplitude de ces perturbations initiales et de la vitesse de chargement sur le temps d'apparition et la fréquence spatiale des instabilités, phénomène précurseur de la fragmentation, afin de pouvoir, à terme, réaliser des simulations prédictives. Ces perturbations qui, dans notre étude, portent sur la limite d'élasticité du matériau, sont réparties dans le barreau de façon aléatoire. Ce barreau est ensuite sollicité par un chargement en vitesse constante imposée. L'utilisation d'un critère en taux de déformation plastique permet de déterminer un temps de début des instabilités localisées. Différentes méthodologies peuvent être utilisées pour déterminer le nombre de strictions. Trois d'entre elles permettent d'obtenir des résultats intéressants : une méthode en critère seuil sur la vitesse de déformation plastique, une méthode par transformées de Fourier glissantes, et une méthode consistant à approximer par une loi de Weibull la transformée de Fourier des déformations plastiques le long de la barre. Cette dernière aboutit à des résultats réguliers décrivant de manière détaillée l'évolution du nombre de strictions en fonction de la vitesse de chargement et de l'amplitude des perturbations utilisées. Elle permet également de décrire des distributions de masses inter-strictions satisfaisantes.

Grade 91 steel is a suitable candidate for structural components of the secondary and the vapour of generation IV nuclear reactors. Their in-service lifetime will last for 60 years. It is necessary to consider the mechanisms involved during long-term creep to propose reliable predictions of creep lifetimes. Necking is the main failure mode for creep lifetimes up to 160 kh at 500°C and 94 kh at 600°C. Necking modelling including the material creep softening leads to two bound equations including experimental lifetimes of a large number of tempered martensitic steels loaded up to 200 kh at temperature 500-700°C. The observed creep intergranular cavities are shown to affect very weekly creep strain rate. The prediction of the cavity evolution will allow estimating creep lifetimes out of experimental data domain. Their nucleation and growth, supposed to be associated to vacancy diffusion, are modelled using two classical models. The first one considers instantaneous nucleation (Raj and Ashby) and the second one continuous nucleation obeying the Dyson law (Riedel). The second one leads to two bound equations, more stable with respect to the parameter values. It allows predicting final size of cavities in reasonable agreement with measured ones. Yet, the nucleation rate should still be estimated from measured cavity densities. Nucleation of cavities by diffusion is simulated using the Raj model. This model does not allow predicted final cavity densities in agreement with the measured ones, even by considering cavity nucleation at precipitates/ Laves interfaces experimentally observed and the maximum local stress concentration of a factor 2 computed using finite element calculation in a 2D plane strain hypothesis based on either simulated or real microstructures containing triple points or precipitates/Laves phases. The use of the Dyson model allows us to propose predictions of long-term creep lifetimes. Lifetime predicted using the diffusion-induced growth model of one creep test under low stress still in progress is approximately in agreement with the experimental lifetime estimated based on the fraction of tertiary stage; L'acier grade 91 serait un candidat approprié pour des éléments de structures du circuit secondaire et du générateur de vapeur des réacteurs nucléaires de génération IV. Leur durée de vie sera prolongée jusqu'à 60 ans. Cela nécessite de considérer les mécanismes actifs durant de très longs temps de fluage afin de proposer des prédictions de durées de vie plus fiable que de simples extrapolations. La striction est le mécanisme de ruine principal pour des durées de vie jusqu'à 160 kh à 500°C et 94 kh à 600°C. Une simulation de la striction tenant compte de l'adoucissement du matériau conduit à deux lois de bornes qui encadrent les durées de vie expérimentales d'un grand nombre d'aciers martensitiques revenus jusqu'à 200 kh à température 500-700°C. Des cavités intergranulaires observées en FEG-SEM à deux durées de vie longues affectent faiblement la vitesse de déformation. Une prédiction du développement des cavités permettrait d'extrapoler les durées de vie hors du domaine expérimental. Leur germination et croissance, supposées associées à la diffusion des lacunes, sont modélisées grâce à deux modèles classiques. Le premier tient compte d'une germination instantanée (Raj et Ashby) et le second d'une germination continue - Dyson. Le second, plus stable par rapport à ses paramètres que le premier, conduit à des prédictions des tailles finales de cavités en accord raisonnable avec les mesures en FEG-SEM. La vitesse de germination identifiée expérimentalement est requise dans ce modèle. La germination continue des cavités par diffusion est modélisée grâce au modèle classique de Raj. Ce modèle ne permet pas des prédictions de densité de cavités en accord avec les mesures, même en tenant compte de la germination aux interfaces matrice / précipités, observée au MEB-FEG et d'un facteur maximal de concentration de contrainte locale de 2. Ce dernier a été obtenu grâce à des calculs par éléments finis en déformations planes du fluage de microstructures simulées ou réelles, comprenant des points triples ou des précipités/phases de Laves. L'utilisation de la loi de germination de Dyson permet de proposer des prédictions au-delà de 200kh. La durée de vie prédite par le modèle de Riedel d'un essai à basse contrainte semble être en accord avec la durée expérimentale estimée de l'essai (toujours en cours) et actuellement en stade tertiaire, basée sur la fraction de la durée de vie habituellement consommée par le stade tertiaire.

Grade 91 steel is a suitable candidate for structural components of the secondary and the vapour of generation IV nuclear reactors. Their in-service lifetime will last for 60 years. It is necessary to consider the mechanisms involved during long-term creep to propose reliable predictions of creep lifetimes. Necking is the main failure mode for creep lifetimes up to 160 kh at 500°C and 94 kh at 600°C. Necking modelling including the material creep softening leads to two bound equations including experimental lifetimes of a large number of tempered martensitic steels loaded up to 200 kh at temperature 500-700°C. The observed creep intergranular cavities are shown to affect very weekly creep strain rate. The prediction of the cavity evolution will allow estimating creep lifetimes out of experimental data domain. Their nucleation and growth, supposed to be associated to vacancy diffusion, are modelled using two classical models. The first one considers instantaneous nucleation (Raj and Ashby) and the second one continuous nucleation obeying the Dyson law (Riedel). The second one leads to two bound equations, more stable with respect to the parameter values. It allows predicting final size of cavities in reasonable agreement with measured ones. Yet, the nucleation rate should still be estimated from measured cavity densities. Nucleation of cavities by diffusion is simulated using the Raj model. This model does not allow predicted final cavity densities in agreement with the measured ones, even by considering cavity nucleation at precipitates/ Laves interfaces experimentally observed and the maximum local stress concentration of a factor 2 computed using finite element calculation in a 2D plane strain hypothesis based on either simulated or real microstructures containing triple points or precipitates/Laves phases. The use of the Dyson model allows us to propose predictions of long-term creep lifetimes. Lifetime predicted using the diffusion-induced growth model of one creep test under low stress still in progress is approximately in agreement with the experimental lifetime estimated based on the fraction of tertiary stage; L'acier grade 91 serait un candidat approprié pour des éléments de structures du circuit secondaire et du générateur de vapeur des réacteurs nucléaires de génération IV. Leur durée de vie sera prolongée jusqu'à 60 ans. Cela nécessite de considérer les mécanismes actifs durant de très longs temps de fluage afin de proposer des prédictions de durées de vie plus fiable que de simples extrapolations. La striction est le mécanisme de ruine principal pour des durées de vie jusqu'à 160 kh à 500°C et 94 kh à 600°C. Une simulation de la striction tenant compte de l'adoucissement du matériau conduit à deux lois de bornes qui encadrent les durées de vie expérimentales d'un grand nombre d'aciers martensitiques revenus jusqu'à 200 kh à température 500-700°C. Des cavités intergranulaires observées en FEG-SEM à deux durées de vie longues affectent faiblement la vitesse de déformation. Une prédiction du développement des cavités permettrait d'extrapoler les durées de vie hors du domaine expérimental. Leur germination et croissance, supposées associées à la diffusion des lacunes, sont modélisées grâce à deux modèles classiques. Le premier tient compte d'une germination instantanée (Raj et Ashby) et le second d'une germination continue - Dyson. Le second, plus stable par rapport à ses paramètres que le premier, conduit à des prédictions des tailles finales de cavités en accord raisonnable avec les mesures en FEG-SEM. La vitesse de germination identifiée expérimentalement est requise dans ce modèle. La germination continue des cavités par diffusion est modélisée grâce au modèle classique de Raj. Ce modèle ne permet pas des prédictions de densité de cavités en accord avec les mesures, même en tenant compte de la germination aux interfaces matrice / précipités, observée au MEB-FEG et d'un facteur maximal de concentration de contrainte locale de 2. Ce dernier a été obtenu grâce à des calculs par éléments finis en déformations planes du fluage de microstructures simulées ou réelles, comprenant des points triples ou des précipités/phases de Laves. L'utilisation de la loi de germination de Dyson permet de proposer des prédictions au-delà de 200kh. La durée de vie prédite par le modèle de Riedel d'un essai à basse contrainte semble être en accord avec la durée expérimentale estimée de l'essai (toujours en cours) et actuellement en stade tertiaire, basée sur la fraction de la durée de vie habituellement consommée par le stade tertiaire.

The use of optical methods is growing in the field of solid mechanics. In particular, the stereocorrelation technique is appealing because its use is reasonably easy, it is a non intrusive method, and its spatial and temporal resolutions are usually very good. In this work, the stereocorrelation technique is utilized for different types of loading rates concerning quasi static experiments up to ultra high speed tests. This important field of application requires the development of several specific tools to obtain quantitative results (e.g., shape, displacement and strain fields). Special methods for the calibration and optical distortions corrections are implemented. A new registration method is also introduced to deal with low spatial / high temporal resolutions. To perform the spatial matching, a correction method associated with large displacement levels, based on a numerical simulation, was developed. To characterize the method, several tests are analyzed, namely, quasi static compression on a composite material, quasi static tensile test on a tantalum plate, dynamic tensile tests on aluminum alloy samples. The main high speed experiments studied herein are cylinder expansions. For this type test, a representative synthetic case is first considered to characterize the a priori performance of the technique under very difficult experimental conditions. The technique is subsequently applied to the analysis of field data. For all the applications, the reconstruction uncertainty is quantified so that the roughness of the reconstructed surface can be estimated and, thus, the necking phenomena.; Depuis un certain nombre d'années, les méthodes optiques s'imposent dans le domaine de la mesure. Plus particulièrement, la technique de stéréo-corrélation d'images est souvent utilisée en raison de sa facilité de mise en oeuvre, de son caractère non intrusif et de sa bonne resolution spatiale couplée à un suivi temporel. Dans cette thèse, nous mettons en application la technique de stéréo-corrélation pour différentes vitesses de sollicitation allant du quasi statique à la dynamique ultra-rapide, cette dernière étant appliquée dans le cadre d'expérience de détonique. Cette large gamme d'expérimentations nous impose de développer des outils spécifiques afin d'obtenir des résultats quantifiés. Ainsi, nous avons mis au point des méthodes de correction des distorsions optiques et de l'étalonnage. Nous avons également développé une nouvelle technique d'association capable de traiter des images de faible dimension. Afin d'améliorer l'association, des méthodes de correction des grands d'eplacements, basées sur l'image elle-même ou un calcul hydrodynamique prédictif, ont été élaborées. Afin de valider l'ensemble de notre approche, nous la mettons en application lors de divers essais : compression quasi statique sur un matériau composite, traction lente sur une plaque en tantale, traction rapide sur des échantillons en aluminium. Enfin, nous nous intéressons à nos applications principales de dynamique ultra-rapide : l'expansion et le relèvement de cylindre. Pour ce dernier point, un soin particulier est apporté à l'élaboration d'un cas de synthèse représentatif de nos expériences. Ceci, dans le but de caractériser les performances de notre approche dans des conditions expérimentales sévères. Dans tous les cas, nous donnons les incertitudes de reconstruction afin de quantifier au mieux la rugosité de la surface et, par conséquent, le phénomène de striction.

http://hdl.handle.net/2042/37123; International audience; Nous étudions le fluage d'un acier 9%Cr-1%Mo modifié (de type P91) en fonction de la contrainte et de la température. Parmi les nombreux essais menés entre 475 et 600°C, l'un a donné lieu à rupture à 160000h à 500°C et un autre à 94000h à 600°C. Le modèle d'instabilité viscoplastique de Hart couplé à la loi de Norton permet de décrire l'évolution temporelle de la section en striction jusqu'à rupture. Le modèle prédit correctement les durées de vie pour les essais moins longs à basse température et les surestime pour les hautes températures.

The hydroforming process consists in plastically deforming a work piece by the combined action of a pressurized liquid and a rigid die. The present work aims at contributing to the modelling of this process. This contribution concerns three items: Material characterisation, necking prediction and the development of specific numerical algorithms for this process. - The experimental identification of hardening curves at large deformations is necessary in order to avoid inappropriate extrapolations during numerical simulation. To this end, a circular bulge test using a homogeneous analysis model has been developed. Very satisfactory results have been got thanks to the local measurement of sheet curvature radius. - The prediction of necking during hydroforming operation is crucial for the process control. In this optic, the Modified Maximum Force Criterion has been deeply studied. We have demonstrated that the local shape of the yield surface is the most influencing factor on the model prediction. The strain path dependency of the FLC has been also approached and the usefulness of the definition of the FLC within the equivalent strain space has been underlined. Finally, we proposed a model including the strain rate sensitivity effect. The confrontation with experimental FLCs has shown an improving in the model prediction. - The third aspect has dealt with numerical modelling. In one side, an implicit schema based on iteratively mesh updating and taking into account the domain derivatives has been tested. The results have shown the second order influence of domain derivatives and an improving of volume conservation. On the other side, it is well known that some ductile materials can present a certain deformation potential beyond the pick pressure (usually considered as the limiting point). For a correct simulation of such behaviour, we have developed several variants of the continuation method. Based on prediction-correction technique, these methods enable to go over the pick pressure which still insurmountable point for the standard pressure control method.; Le procédé d'hydroformage repose sur la déformation plastique d'une forme première (tôle, tube) sous l'action combinée d'un fluide sous pression et d'un outil rigide. L'objet de ces travaux est de contribuer à la modélisation de ce procédé. Cette contribution s'articule autour de trois problématiques essentielles: la caractérisation rhéologique, la prédiction des défauts de striction et le développement d'algorithmes adaptés à la simulation de l'hydroformage. - L'identification expérimentale des courbes d'écrouissage en grandes déformations est nécessaire afin d'éviter toute extrapolation intempestive au cours d'une simulation numérique. A cet effet, un essai de gonflage circulaire, analysé selon un modèle homogène, a été mis en place. Des résultats très satisfaisants ont pu ainsi être obtenus grâce notamment à la mesure locale du rayon de courbure de la tôle. - La prédiction de la striction au cours de l'opération d'hydroformage est essentielle pour la maîtrise de ce procédé. Dans cette optique, le Critère de Force Maximum Modifié a fait l'objet d'une étude détaillée. Il a été démontré que la forme locale de la surface de charge constitue le facteur le plus influant sur les prédictions du modèle. Le problème de la dépendance de la CLF au trajet a été également abordé, nous avons pu mettre l'accent sur l'utilité d'une représentation des CLF dans l'espace des déformations équivalentes afin de s'affranchir de cette dépendance. Enfin, nous avons proposé un modèle intégrant l'effet de la sensibilité à la vitesse de déformation. La confrontation avec les résultats expérimentaux de tôles en acier a montré une amélioration des prédictions mais le modèle reste relativement conservatif. - Le troisième volet a concerné la modélisation numérique. D'une part, un schéma d'intégration implicite reposant sur une actualisation itérative du maillage et tenant compte des dérivées du domaine a pu être testé. Les résultats ont montré la faible influence des dérivées du domaine. En revanche, l'actualisation itérative semble améliorer la conservation du volume. D'autre part, il est bien établi que certains matériaux peuvent présenter un potentiel de déformation au-delà du pic de pression. Pour une simulation correcte de ce potentiel de déformation, nous avons développé plusieurs variantes de la méthode de continuation. Reposant sur une technique de prédiction-correction, ces méthodes ont permis de dépasser le pic qui reste un point infranchissables pour la méthode conventionnelle de contrôle de pression.

The hydroforming process consists in plastically deforming a work piece by the combined action of a pressurized liquid and a rigid die. The present work aims at contributing to the modelling of this process. This contribution concerns three items: Material characterisation, necking prediction and the development of specific numerical algorithms for this process. - The experimental identification of hardening curves at large deformations is necessary in order to avoid inappropriate extrapolations during numerical simulation. To this end, a circular bulge test using a homogeneous analysis model has been developed. Very satisfactory results have been got thanks to the local measurement of sheet curvature radius. - The prediction of necking during hydroforming operation is crucial for the process control. In this optic, the Modified Maximum Force Criterion has been deeply studied. We have demonstrated that the local shape of the yield surface is the most influencing factor on the model prediction. The strain path dependency of the FLC has been also approached and the usefulness of the definition of the FLC within the equivalent strain space has been underlined. Finally, we proposed a model including the strain rate sensitivity effect. The confrontation with experimental FLCs has shown an improving in the model prediction. - The third aspect has dealt with numerical modelling. In one side, an implicit schema based on iteratively mesh updating and taking into account the domain derivatives has been tested. The results have shown the second order influence of domain derivatives and an improving of volume conservation. On the other side, it is well known that some ductile materials can present a certain deformation potential beyond the pick pressure (usually considered as the limiting point). For a correct simulation of such behaviour, we have developed several variants of the continuation method. Based on prediction-correction technique, these methods enable to go over the pick pressure which still insurmountable point for the standard pressure control method.; Le procédé d'hydroformage repose sur la déformation plastique d'une forme première (tôle, tube) sous l'action combinée d'un fluide sous pression et d'un outil rigide. L'objet de ces travaux est de contribuer à la modélisation de ce procédé. Cette contribution s'articule autour de trois problématiques essentielles: la caractérisation rhéologique, la prédiction des défauts de striction et le développement d'algorithmes adaptés à la simulation de l'hydroformage. - L'identification expérimentale des courbes d'écrouissage en grandes déformations est nécessaire afin d'éviter toute extrapolation intempestive au cours d'une simulation numérique. A cet effet, un essai de gonflage circulaire, analysé selon un modèle homogène, a été mis en place. Des résultats très satisfaisants ont pu ainsi être obtenus grâce notamment à la mesure locale du rayon de courbure de la tôle. - La prédiction de la striction au cours de l'opération d'hydroformage est essentielle pour la maîtrise de ce procédé. Dans cette optique, le Critère de Force Maximum Modifié a fait l'objet d'une étude détaillée. Il a été démontré que la forme locale de la surface de charge constitue le facteur le plus influant sur les prédictions du modèle. Le problème de la dépendance de la CLF au trajet a été également abordé, nous avons pu mettre l'accent sur l'utilité d'une représentation des CLF dans l'espace des déformations équivalentes afin de s'affranchir de cette dépendance. Enfin, nous avons proposé un modèle intégrant l'effet de la sensibilité à la vitesse de déformation. La confrontation avec les résultats expérimentaux de tôles en acier a montré une amélioration des prédictions mais le modèle reste relativement conservatif. - Le troisième volet a concerné la modélisation numérique. D'une part, un schéma d'intégration implicite reposant sur une actualisation itérative du maillage et tenant compte des dérivées du domaine a pu être testé. Les résultats ont montré la faible influence des dérivées du domaine. En revanche, l'actualisation itérative semble améliorer la conservation du volume. D'autre part, il est bien établi que certains matériaux peuvent présenter un potentiel de déformation au-delà du pic de pression. Pour une simulation correcte de ce potentiel de déformation, nous avons développé plusieurs variantes de la méthode de continuation. Reposant sur une technique de prédiction-correction, ces méthodes ont permis de dépasser le pic qui reste un point infranchissables pour la méthode conventionnelle de contrôle de pression.

International audience; The goal of numerical simulation in sheet metal stamping is mainly the improvement of the quality of the final part and the reliability of the process by the control and the optimization of process parameters. To avoid the failure, a localised necking criterion is formulated and validated on a cylindrical cup and a Nakazima test, on which failures were observed experimentally. The second part of this work is devoted to the optimization of the blankholder forces in the case of square-cup deep drawing in order to improve its formability.; L'objectif de la simulation numérique en emboutissage est principalement l'amélioration de la qualité de la pièce finale et de la fiabilité du procédé par la maîtrise et l'optimisation de paramètres du procédé. Pour éviter la rupture, un critère de striction localisée a été formulé et validé sur un godet cylindrique et un test de Nakazima, sur lesquels des ruptures ont été observées expérimentalement. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'optimisation des efforts serre-flan d'une boîte carrée afin d'améliorer sa formabilité.

International audience; We present thermomechanical measurements obtained during the stretching of a polyamide: thermal data are given by infraredthermography and displacement fields are reached by digital image correlation. These two techniques are used simultaneously in orderto take into account the strong heterogeneity of the deformation process, commonly encountered in that kind of material where thermaldiffusivity is weak. The combined analysis of infrared and speckle images allows to estimate the local calorific energy-rates due to strainlocalisation in the necking lips during the tension, at room temperature, of a flat sample. The stress state is estimated in each cross-sectionof the sample using an isochoric transformation hypothesis. The softening observed on the macroscopic response of the sample is associatedhere to a structural effect because the section where necking initiates is always hardening; Nous présentons ici des mesures de champs thermomécaniques obtenues durant la déformation d'un polyamide, en utilisant de façon combinée un dispositif de thermographie infrarouge et un dispositif de mesure de déplacements par corrélation d'images de granularité. Le rapprochement des données thermiques et cinématiques est rendu nécessaire par la très forte hétérogénéité du processus de déformation pour ce type de matériau présentant une faible diffusivité thermique. L'analyse couplée des images infrarouges et de granularité permet en particulier d'estimer les puissances calorifiques dues à la localisation de la déformation dans les lèvres mobiles de striction lors de la traction, à température ambiante, d'une éprouvette plate. L'état de contrainte est estimé dans chaque section droite de l'échantillon grâce à une hypothèse de transformation isochore. L'adoucissement observé sur la réponse macroscopique de l'échantillon est associée ici à un effet de structure dans la mesure où la section où s'initie la striction « s'écrouit » toujours.

The understanding and modeling of localization mechanisms observed during the sheet forming process represent a major industrial issue. The goal of this work is to study localization phenomena appearing in steels during quasi static monotone tensile tests, through an experimental approach based on heat sources analysis. First, using heat equation and applying image processing to infrared thermal frames (effects) we propose a method able to estimate heat sources (causes) associated to the strain process. Then, we evidence on some mild steels that one or more narrow dissipative band propagate, with constant velocity, through the gauge part of the sample. Compared to this first mode (Lüders bands) where dissipative effects are very sudden, intense and strongly localized, we show that zones of mechanical irreversibility leading to localized necking are more diffuse and progressive. "Energetic localization indicators", proposed to detect the localization show that it can appear before the maximum load is reached, in various parts of the gauge sample. This result involves that the gauge part of a sample must be considered as a structure rather than a homogeneous volume element, which has important consequences on identification methods of constitutive models used, in particular, on theoretical localization approaches. Finally, some experiments performed on other materials highlight energetic manifestations associated with specific localization modes : propagation of phase transformation fronts (stainless steel A301), dissipative effects associated to glide bands (magnetic steel HiBiGO), dissipative effects localized in shear bands (polymer PVC)., La compréhension et la modélisation des mécanismes de localisation observés lors de processus d'emboutissage représentent un enjeu industriel important. L'objectif de ce travail est d'étudier, par une approche expérimentale basée sur l'analyse des sources de chaleur, les manifestations de localisation pouvant se produire, sur des aciers, lors d'essais quasi-statiques de traction monotone.A partir d'un traitement d'images thermiques infrarouge (effets) et de l'équation de diffusion de la chaleur, on propose une méthode permettant d'estimer les sources de chaleur (causes) générées par le processus de déformation.Sur certains aciers doux, on met en évidence la propagation à vitesse uniforme d'une ou plusieurs bandes dissipatives étroites à travers la zone utile de l'éprouvette. Comparativement à ce premier mode (bandes de Lüders) où les effets dissipatifs sont soudains, intenses et très localisés, on met en évidence le caractère plus régulier et progressif de la concentration des zones où se développent les irréversibilités mécaniques menant à la striction localisée. Des "indicateurs de localisation énergétiques'' proposés pour détecter la localisation montrent qu'elle peut apparaître avant le maximum de la charge, dans plusieurs zones de l'éprouvette. Ce constat implique que la partie utile d'une éprouvette doit être considérée comme une structure et non comme un élément de volume réagissant de façon homogène, ce qui n'est pas sans conséquences sur les méthodes d'identification des modèles de comportement utilisés, en particulier, dans les approches théoriques de la localisation.Enfin, d'autres expériences ont permis de mettre en évidence des manifestations énergétiques associées à des formes particulières de localisation : propagation de fronts de changement de phase (acier inoxydable A301), effets dissipatifs associés à des bandes de glissement (acier magnétique HiBiGO), effets dissipatifs localisés dans des bandes de cisaillement (polymère PVC).

The understanding and modeling of localization mechanisms observed during the sheet forming process represent a major industrial issue. The goal of this work is to study localization phenomena appearing in steels during quasi static monotone tensile tests, through an experimental approach based on heat sources analysis. First, using heat equation and applying image processing to infrared thermal frames (effects) we propose a method able to estimate heat sources (causes) associated to the strain process. Then, we evidence on some mild steels that one or more narrow dissipative band propagate, with constant velocity, through the gauge part of the sample. Compared to this first mode (Lüders bands) where dissipative effects are very sudden, intense and strongly localized, we show that zones of mechanical irreversibility leading to localized necking are more diffuse and progressive. "Energetic localization indicators", proposed to detect the localization show that it can appear before the maximum load is reached, in various parts of the gauge sample. This result involves that the gauge part of a sample must be considered as a structure rather than a homogeneous volume element, which has important consequences on identification methods of constitutive models used, in particular, on theoretical localization approaches. Finally, some experiments performed on other materials highlight energetic manifestations associated with specific localization modes : propagation of phase transformation fronts (stainless steel A301), dissipative effects associated to glide bands (magnetic steel HiBiGO), dissipative effects localized in shear bands (polymer PVC)., La compréhension et la modélisation des mécanismes de localisation observés lors de processus d'emboutissage représentent un enjeu industriel important. L'objectif de ce travail est d'étudier, par une approche expérimentale basée sur l'analyse des sources de chaleur, les manifestations de localisation pouvant se produire, sur des aciers, lors d'essais quasi-statiques de traction monotone.A partir d'un traitement d'images thermiques infrarouge (effets) et de l'équation de diffusion de la chaleur, on propose une méthode permettant d'estimer les sources de chaleur (causes) générées par le processus de déformation.Sur certains aciers doux, on met en évidence la propagation à vitesse uniforme d'une ou plusieurs bandes dissipatives étroites à travers la zone utile de l'éprouvette. Comparativement à ce premier mode (bandes de Lüders) où les effets dissipatifs sont soudains, intenses et très localisés, on met en évidence le caractère plus régulier et progressif de la concentration des zones où se développent les irréversibilités mécaniques menant à la striction localisée. Des "indicateurs de localisation énergétiques'' proposés pour détecter la localisation montrent qu'elle peut apparaître avant le maximum de la charge, dans plusieurs zones de l'éprouvette. Ce constat implique que la partie utile d'une éprouvette doit être considérée comme une structure et non comme un élément de volume réagissant de façon homogène, ce qui n'est pas sans conséquences sur les méthodes d'identification des modèles de comportement utilisés, en particulier, dans les approches théoriques de la localisation.Enfin, d'autres expériences ont permis de mettre en évidence des manifestations énergétiques associées à des formes particulières de localisation : propagation de fronts de changement de phase (acier inoxydable A301), effets dissipatifs associés à des bandes de glissement (acier magnétique HiBiGO), effets dissipatifs localisés dans des bandes de cisaillement (polymère PVC).

Différentes approches de modélisations ont été proposées pour prédire les phénomènes de localisation lors d’opérations de mise en forme de tôles métalliques par emboutissage. Des exemples de ces approches sont le principe de force maximum, les critères à deux zones et les analyses de bifurcation ou de stabilité. En l’absence de consensus relatif à leur choix et à l’étendue de leur domaine de validité, la présente étude se propose de formuler ces modélisations dans un cadre unifié, de mettre en évidence les liens théoriques pouvant exister entre elles et ensuite de valider ces observations par le tracé de courbes limites de formage et par la comparaison de l’orientation des bandes de localisation.; National audience; Différentes approches de modélisations ont été proposées pour prédire les phénomènes de localisation lors d’opérations de mise en forme de tôles métalliques par emboutissage. Des exemples de ces approches sont le principe de force maximum, les critères à deux zones et les analyses de bifurcation ou de stabilité. En l’absence de consensus relatif à leur choix et à l’étendue de leur domaine de validité, la présente étude se propose de formuler ces modélisations dans un cadre unifié, de mettre en évidence les liens théoriques pouvant exister entre elles et ensuite de valider ces observations par le tracé de courbes limites de formage et par la comparaison de l’orientation des bandes de localisation.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La simulation numérique constitue une une voie intéressante pour réduire le temps et les coûts liés à la conception et à la mise au point d'une gamme d'emboutissage. L'utilisation de telles méthodes en bureau d'études reste toutefois limitée par la complexité du choix d'un critère d'instabilité plastique et d'un modèle de comportement adaptés. De nombreux critères de striction diffuse, de striction localisée ou de localisation sous forme de bandes ont été développés durant les dernières décennies, mais le manque de confrontation de ces modèles entre eux sur des applications pertinentes rend leur choix délicat pour le concepteur. Dans cette présentation, il est proposé de reformuler les critères d'instabilité plastique dans un cadre unifié et de comparer leurs bases théoriques afin d'établir des liens entre eux et de mettre en évidence leurs limites. Dans le cas de la striction diffuse, un rapprochement est établi entre le critère de bifurcation par point limite et le critère de force maximum dans le cas de matériaux élasto-plastiques. Dans le cas des modes localisés, il est montré que les prédictions de l'approche de Marciniak – Kuczynski, basée sur un modèle multi-zone, tendent vers celles su critère de perte d'ellipticité lorsque la taille du défaut initial tend vers zéro. Dans le cas de comportements élasto-viscoplastiques, une approche originale basée sur l'analyse de stabilité linéarisée est proposée. Les résultats obtenus sont pleinement cohérents avec ceux des approches précédentes et permettent de prendre en compte la sensibilité à la vitesse de déformation.