Etude expérimentale et modélisation multi-échelle du comportement cyclique d’aciers 316L traités par SMAT

This work focuses on experimental analysis and multiscale modelling of LCF behaviour of 316L steels treated by SMAT. The gradient microstructure features of a 316L steel treated by SMAT are characterized by EBSD, XRD and hardness tests. Grain size gradient, residual stress and plastic deformation are evaluated. The cyclic hardening/softening behaviour of the SMATed specimens and the evolution of the microstructures during cyclic loading are studied based on LCF tests and EBSD observations. A comparison between SMAT and conventional shot peening is performed by analysing the surface topography, residual stress fields, and work hardening profiles of the treated specimens as well as their effects on LCF life.A modelling methodology of residual stress and work hardening is developed including constitutive modelling, reconstruction technique, and cyclic loading simulation. First, a macroscopic constitutive modelling of the cyclic plasticity behaviour of a 316L steel is performed. Then, a self-consistent modelling of the cyclic hardening/softening behaviour is developed. Afterwards, a new method for reconstructing residual stress and work hardening is proposed and applied to a SMATed structure. Both of the previous macroscopic and microscopic models are used to predict the cyclic behaviour of the SMATed materialCe travail de thèse est focalisé sur des caractérisations microstructurales, des essais de fatigue et une modélisation multi-échelle du comportement en fatigue oligocyclique d’aciers 316L nanocristallisés superficiellement par SMAT. Le gradient de taille de grains superficiel, les contraintes résiduelles et l’écrouissage générés sont évalués à l’aide de différentes techniques : EBSD, DRX et essais de dureté. Le durcissement/adoucissement cyclique des éprouvettes SMATées et l'évolution de la microstructure au cours du chargement cyclique sont ensuite étudiés grâce à des essais de fatigue et des observations par EBSD. Une comparaison entre le SMAT et le grenaillage conventionnel est réalisée en analysant la topographie de surface, les champs de contraintes résiduelles et les profils d’écrouissage générés. Les effets de ces deux traitements sur la durée de vie en fatigue oligocyclique sont également étudiés.Une méthodologie de modélisation des contraintes résiduelles et de l’écrouissage est par ailleurs développée. Elle comporte une modélisation multi-échelle, la reconstruction des contraintes résiduelles et de l’écrouissage ainsi que la simulation du chargement cyclique. Une modélisation macroscopique de la plasticité cyclique de l’acier est d’abord réalisée. Une approche auto-cohérente du durcissement/adoucissement cyclique est ensuite développée. Enfin, une nouvelle méthode de reconstruction des contraintes résiduelles et de l’écrouissage est proposée et appliquée à une structure SMATé