Towards a better prediction of the ductility limit of hexagonal polycristalline materials

Cette thèse a pour objectif d’étudier la ductilité des matériaux à structure cristallographique hexagonale qui sont couramment utilisés dans différents secteurs de l’industrie, telles que les industries aéronautique et aérospatiale. Après compréhension de la physique des différents mécanismes de plasticité, tels que le glissement et le maclage, plusieurs modèles de comportement sont identifiés et enrichis pour décrire d’une manière pertinente le comportement mécanique des matériaux à structure hexagonale, à savoir l’alliage de titane et l’alliage de magnésium. Ces modèles sont intégrés numériquement en développant des schémas numériques assurant à la fois la robustesse et la fiabilité de l’intégration temporelle. Ils sont ensuite couplés aux critères d’instabilités plastiques suivants : bifurcation générale, imperfection initiale de Marciniak-Kuczynski, bifurcation de Rice et critère par perturbation linéaire. L’effet de plusieurs phénomènes et paramètres mécaniques sur la prédiction de la ductilité est particulièrement analysé. Les résultats numériques, en termes de limites de formabilité, sont comparés avec des résultats expérimentaux. Après leurs validations, les différents outils numériques développés dans le cadre de cette thèse peuvent être utilisés comme outil d’aide à l'optimisation des procédés de mise en forme des matériaux à structure hexagonale.The aim of this thesis is to study the ductility of hexagonal close packed (HCP) materials, which are being increasingly used in a wide range of engineering applications (aircraft and aerospace industries). After the step of the understanding of the physical phenomena and the different mechanisms that contribute to the plastic deformation (plastic slip, twinning…), a set of constitutive frameworks are selected from the literature and improved. These different frameworks are numerically integrated by implementing numerical schemes ensuring the accuracy and the robustness of the time integration. The adopted models are then coupled with several plastic instability criteria: general bifurcation, initial imperfection approach of Marciniak-Kuczynski, Rice bifurcation theory, and linear perturbation method. The effect of some phenomena and mechanical parameters on the predicted ductility limits are particularly studied. The results obtained by phenomenological models are compared to various experimental results. Once fully developed, assessed and validated, the numerical tools based on the above-described modeling can be advantageously used to help in the optimization of mechanical properties (crystallographic texture…) in order to improve the formability of HCP materials