Alliages à Mémoire de Forme: Modélisation et Calcul de Structures
Résumé
The range of Shape Memory Alloys offers a variety of mechanical behaviour: shape memory effect, superelasticity, damping... These materials can be used to improve existing technical solutions, but can also be at the origin of new solutions and innovative products. A numerical tool for help to the desing of applications in SMA is developed in this PhD thesis. The work is focused on the thermomechanical coupling and the use of SMAs as actuators. The model of the macroscopic behaviour of SMA developed in this work is based on a study of the thermodynamics of the martensitic phase transformation. It proposes a description of the internal state of the material based on an original choice of the internal variables: the volumic fraction of martensite and the mean transformation strain of the martensite. The model has been validated with a characterization campaign of the mechanical and thermal behaviour of the material. The adopted macroscopic point of view authorizes a reasonable use of the model within the finite element method. The numerical work of integration of the model led to a robust and effective algorithm adapted to the structural analysis.
La gamme des alliages à mémoire de forme offre une variété de comportements mécaniques : effet mémoire de forme, super élasticité, amortissement... Ces matériaux peuvent être exploités en vue d'améliorer les solutions techniques existantes, mais ils sont également à l'origine de nouvelles solutions et de produits innovants. Ces travaux de thèse s'attachent au développement d'un outil numérique d'aide au dimensionnement d'applications en AMF. L'accent est mis sur le couplage thermique-mécanique et l'exploitation des AMF sous forme d'actionneur. Le modèle du comportement macroscopique des AMF développé est basé sur une étude de la thermodynamique de la transformation de phase martensitique et propose une description de l'état interne du matériau basé sur un choix original des variables internes : la fraction volumique de martensite et la déformation de transformation propre de la martensite. Le modèle est validé sur une campagne de caractérisation du comportement mécanique et thermique du matériau. Le point de vue macroscopique adopté autorise l'utilisation raisonnable du modèle avec la méthode des Éléments finis. Le travail d'intégration numérique du modèle conduit à un algorithme robuste et efficace adapté au calcul de structures.