Prediction of the formability limit of multiphase steels using a micromechanical approach
Prédiction de la limite de formabilité des aciers multiphasés par une approche micromécanique
Résumé
The aim of this PhD thesis is to elaborate a predictive tool for the loss of ductility of polycrystalline multiphase steels during monotonous and sequential loading paths. Another major interest of this tool is to help design new materials thanks to knowledge of the impact of various physical and microstructural parameters on the ductility limit. At first, the elastic-plastic behavior at the local scale, i.e. at the grain level, is modeled using a micromechanical law formulated within the large strain framework. A rate-independent regularization technique, without introducing ratesensivity, is used to determine slip activity. The intragranular heterogeneities are introduced into the model following the original work of Peeters. The internal variables of the model are represented by three types of dislocation densities whose evolution is based on the mechanisms of creation, storage and annihilation. A comparison of the internal variable evolution with micrographs of grains of ferritic steel for monotonous and complex loadings allowed the validation of this modeling and demonstrates the macroscopic effects related to the intragranular microstructure. Secondly, the macroscopic behavior of the polycrystalline material is deduced from the singlecrystal behavior thanks to the self-consistent scheme in the sense of Hill. It is shown that this modeling allows the correct prediction of the behavior of multiphase steels. In a last part, a criterion based on the ellipticity loss of the elastic-plastic tangent modulus, the Rice criterion, is integrated once the macroscopic behavior is known. This criterion is used to plot forming limit diagrams, which have proven to be correct for various multiphase steels. Several attempts were undertaken as well in order to address possible differences with experiments.
Cette thèse a pour objectif d'élaborer un outil de prédiction de la perte de ductilité d'aciers multiphasés polycristallins soumis à des chargements monotones et séquentiels. Cet outil présente également l'intérêt d'aider à l'élaboration de nouveaux matériaux grâce à la connaissance de l'influence de différents paramètres physiques et microstructuraux sur la limite de ductilité. Dans un premier temps, le comportement élastoplastique à l'échelle locale, c'est-à-dire du grain, est modélisé par une loi micromécanique formulée dans le cadre des grandes déformations. Une loi de régularisation, inspirée de la viscoplasticité, mais sans introduire de sensibilité à la vitesse, est utilisée afin de déterminer l'activité de glissement. L'hétérogénéité intragranulaire est introduite dans le modèle en s'inspirant des travaux de Peeters. Les variables internes du modèle sont représentées par trois types de densités de dislocations dont leurs évolutions reposent sur les mécanismes de création, de stockage et d'annihilation. Une comparaison de l'évolution des variables internes avec des micrographies de grains d'acier ferritique issues d'essais monotones et complexes a permis de valider cette modélisation et de montrer les effets macroscopiques liés à la microstructure intragranulaire. Dans un second temps, le comportement macroscopique de l'agrégat polycristallin est déduit à partir du comportement monocristallin à l'aide de l'approche autocohérente au sens de Hill. Il est montré que cette modélisation permet de prédire correctement le comportement d'aciers multiphasés. Dans un dernier temps, un critère basé sur la perte d'ellipticité du module tangent élastoplastique, le critère de Rice, est intégré une fois le comportement macroscopique connu. Ce critère est utilisé pour tracer les courbes limites de formage et il est montré qu'elles s'avèrent correctes pour différents aciers multiphasés. Différentes pistes ont été exploitées afin de répondre aux éventuels écarts avec l'expérience.