benmessaoud.jpg, par jfages

Soutenance de thèse de Fatna BENMESSAOUD
Institut Clément Ader-Albi UMR CNRS 5312

sur Influence de la microstructure sur le comportement mécanique de l'alliage de titane Ti-6Al-4V: Etude expérimentale et modélisation numérique multi-échelle

Génie mécanique, mécanique des matériaux

Jeudi 27 février 2020 à 14h00

Amphithéâtre 2 - IMT Mines Albi

Composition du jury

• M. Farhad REZAI-ARIA : IMT Mines Albi - Directeur de thèse
• M. Lakhdar TALEB : Institut National des Sciences Appliquées de Rouen | INSA Rouen - Rapporteur
• M. Eric FLEURY : Universite de lorraine, laboratoire d'étude des microstructures et de mécanique des matériaux - Rapporteur
• M. Mohammed CHEIKH : Institut Universitaire de Technologie de Figeac (IUT de Figeac), Université de Toulouse - Co-directeur de thèse
• M. Vincent VELAY : IMT Mines Albi - Examinateur
• Mme Vanessa VIDAL : IMT Mines Albi - Examinateur
• M. Georges CAILLETAUD : Centre des Matériaux MINES Paristech CNRS UMR 7633 - Examinateur
• M. Olivier CASTELNAU : Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux CNRS - UMR 8006 - Examinateur
   

Mots-clés

Modélisation multi-mchelle,Ti-6Al-4V,Plasticité cristalline,Etude expérimentale,Taille des grain,Texture cristallographique

Résumé

L’amélioration des performances mécaniques des matériaux utilisés dans l’aéronautique repose généralement sur la compréhension de la relation entre les paramètres microstructuraux et le comportement mécanique macroscopique. De plus, le caractère hétérogène et anisotrope de la plupart des matériaux métalliques, notamment l’alliage de titane Ti-6Al-4V, implique une étude assez approfondie à l'échelle locale. Ce travail est une contribution dans cette démarche. Il a pour but d’analyser le comportement mécanique de l’alliage Ti-6Al-4V soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec les mécanismes élémentaires de la microstructure. Des caractérisations microstructurales ont été tout d’abord effectuées sur des microstructures nodulaires de Ti-6Al-4V possédant la même texture cristallographique mais trois tailles de grain différentes : ultra fine, fine et standard, puis sur des microstructures possédant la même taille de grain mais deux texturations différentes: forte et faible. Dans une deuxième étape, des essais mécaniques de traction et des essais cycliques ont été réalisés. Les résultats de cette partie ont permis le développement d’un modèle avec une approche macroscopique. Par la suite, une technique d’analyse des traces de glissement a été développée dont l’objectif est d’identifier la contribution de différents systèmes de glissement dans l’accommodation de déformation plastique observée dans les essais de traction réalisées. La dernière partie de l’étude a été consacrée au développement d’un modèle de Plasticité Cristalline-Éléments Finis (PCEF) avec une approche multi-échelle. Ce modèle permet d’analyser l’effet couplé de la taille moyenne des grains, leur dispersion relative et leur texture cristallographique initiale sur le comportement aux échelles : microscopiques (activation des systèmes de glissement), mésoscopique (échelle des grains) et macroscopique. Les équations constitutives de ce modèle ont été écrites à l’échelle des systèmes de glissement avec une loi viscoplastique et des considérations phénoménologiques de l’écrouissage isotrope et cinématique. Les paramètres du modèle ont été identifiés en se basant sur les essais mécaniques effectués, les résultats d'analyse des traces de glissement et en utilisant des techniques appropriées de transition d'échelles en champs moyens. Les Volumes Élémentaires Représentatifs (VER) utilisés dans le modèle ont été optimisés avec deux contraintes : un nombre de grains représentatif et un maillage adéquat en terme de nombre et de type d’éléments. Les simulations numériques à différentes échelles ont été réalisées par le biais de code de calcul éléments finis Abaqus/Standard interfacé par la librairie ZMAT.