Multiscale coupling between polycristalline numerical simulations and strain field measurements for the identification of the parameters of the constitutive law and fracture properties of metallic materials. Application to titanium aluminides. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

Multiscale coupling between polycristalline numerical simulations and strain field measurements for the identification of the parameters of the constitutive law and fracture properties of metallic materials. Application to titanium aluminides.

Méthode de couplage multi-échelles entre simulations numériques polycristallines et mesures de champs pour l'identification des paramètres de lois de comportement et de fissuration des matériaux métalliques. Application à l'étude des alliages TiAl.

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Eva Héripré

Abstract

The aim of this study is to better understand the influence of microstructure on the mechanical behaviour of titanium aluminides, and especially their poor ductility at room temperature. In order to reach this objective, a coupling between full-field measurements and polycristalline finite element calculations has been developed and analysed. With this methodology, strain field measurements cans be compared directly to the results of finite element simulations on the real microstructure, thus permitting the identification of the parameters of the constitutive law. This thesis presents the results of multi-scale strain measurements obtained by compressive tests on four kinds of titanium aluminides. These measurements show influence of chemical composition and processing route on strain measurements depending on the measurement scale. Crack propagation analyses at the grain scale are also performed on the four microstructures by using four point bending tests inside a scanning electron microscope. The validation of the methodology is partially carried out. It is shown that a mesh created by an extrusion of the surfacic microstructure can be sufficient for the identification of the constitutive law when the experimental displacements are imposed as boundary conditions. The applicability of the same methodology to the analysis of crack propagation inside microstructures is also studied by introducing cohesive zone elements in the finite element simulations.
L'objectif général de cette étude consiste en la meilleure compréhension de l'influence de la microstructure sur les propriétés mécaniques des aluminiures de titane et notamment de leur faible ductilité à température ambiante. Pour cela, une méthodologie de dialogue entre mesures de champs et calculs polycristallins a été développée et analysée en détails. Celle-ci permet une comparaison directe entre les mesures de champs cinématiques à l'échelle des grains et les résultats des calculs par éléments finis sur microstructure réelle en vue de l'identification des coefficients de la loi de comportement cristalline. Ce document présente les résultats d'analyses multi-échelles de quatre alliages de titane-aluminium soumis à des essais de compression en mettant en avant l'influence respective du mode d'élaboration et de la composition chimique sur les mesures de champs cinématiques aux différentes échelles. L'analyse de la propagation de fissures au sein des différentes microstructures est également étudiée à l'aide d'essais de flexion sous microscopie électronique à balayage. Parallèlement à cette étude expérimentale, la validation de la méthodologie permettant un dialogue entre ces mesures et les calculs par éléments finis sur les microstructures associées est en partie validée, en démontrant notamment la suffisance d'un maillage de surface extrudée ainsi que l'utilisation des conditions aux limites expérimentales. L'application de cette méthodologie à l'étude de la propagation de fissure est également étudiée en utilisant, dans les calculs par éléments finis, les modèles de zones cohésives.
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tel-00116358 , version 1 (26-11-2006)

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  • HAL Id : tel-00116358 , version 1

Cite

Eva Héripré. Méthode de couplage multi-échelles entre simulations numériques polycristallines et mesures de champs pour l'identification des paramètres de lois de comportement et de fissuration des matériaux métalliques. Application à l'étude des alliages TiAl.. Mécanique [physics.med-ph]. Ecole Polytechnique X, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00116358⟩
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