Méthodologie pour la prédiction des contraintes résiduelles intra-granulaires induites par grenaillage

Shot-peening induced residual stresses at the grain scale influence material's high cycle fatigue life. However their estimation requires an accurate identification of crystal plasticity models at the surface scale under the process conditions, as well relevent experimental procedure for model validation. The goal of this thesis is to develop a methodology for intragranular residual stress and hardening prediction using crystal plasticity finite element simulations and experimental validation. Spherical indentation tests on single crystal copper specimens reveal that crystal plasticity anisotropy could induce tensile stresses under the surface. The good correspondance between experimentally estimated and numerically predicted residual stresses reveals the possibility to use high angular resolution EBSD for model validation. Microstructural evolutions induced by shot peening of a sharp corner are investigated to reveal the importance to model the process at the grain scale. A methodology for crystal plasticity constitutive parameters identification at high strain rate using micropillar compression tests is detailed. A shot peening canon that can propel shot at high velocity was developed. Crystal plasticity models are validated using the shot displacement, the impact imprint topography and the crystal misorientation field under the dent. Finally an identifiability analysis of two viscoplastic parameters using the residual stress field induced by an impact as well as the shot displacement is presented.Les contraintes et l'écrouissage induits à l'échelle d'un grain par grenaillage ont une influence sur la durée de vie à grand nombre de cycle des matériaux mais nécessitent l'identification précise de modèles de plasticité cristalline à l'échelle de la surface et dans les conditions du procédé, ainsi que l’établissement de méthodes expérimentales de validation des modèles développés, pour être estimées. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie pour la prédiction des contraintes résiduelles et de l'écrouissage intragranulaire à l'aide de modèles de plasticité cristalline par éléments finis et de validations expérimentales. Des essais d'indentation sphérique sur des monocristaux de cuivre révèlent que l'anisotropie de la plasticité cristalline peut induire des contraintes résiduelles de traction en sous surface. La comparaison des champs numériques et expérimentaux confirme aussi la possibilité d’utiliser l’EBSD à haute résolution angulaire pour la validation de modèles. Les évolutions microstructurales induites par le grenaillage d'un coin sont étudiées pour montrer l'importance de la modélisation du procédé à l'échelle du grain. Une méthodologie pour l'identification de paramètres à haute vitesse de déformation à l’aide d’essais de microcompression est détaillée. Un canon à grenailler instrumenté capable de projeter des billes à haute vitesse est développé. Les modèles sont validés à partir du déplacement de la bille, de la topologie de l'empreinte d'impact et du champ de désorientation cristalline sous l'empreinte. Enfin une étude d’identifiabilité des paramètres viscoplastiques de la loi de comportement a été en menée en considérant l’utilisation du champ de contraintes résiduelles et du déplacement de la bille lors d’un impact