Extension of local approach of ductile rupture to cyclic loading with high amplitudes

Garantir l’intégrité des structures tout au long de leurs durées de vie est un sujet industriel majeur, en particulier pour les installations nucléaires. La démonstration de sûreté des équipements doit couvrir l’ensemble des sollicitations possibles, y compris les situations très exceptionnelles, comme les séismes. Pour un chargement monotone, plusieurs cadres théoriques existent pour prédire la propagation des fissures. La première partie de cette thèse est dédiée à l’étude expérimentale du comportement de cavités, d’éprouvettes de laboratoires et d’une structure représentative d’une tuyauterie secondaire de centrale nucléaire soumises à des chargements cycliques. Cette étude est complétée par des essais in-situ de tomographie par rayons X menés sur des éprouvettes axisymétriques entaillées chargées de manière cyclique. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l’étude théorique de l’influence des chargements cycliques sur les modèles de croissance de cavités. Le modèle de croissance de Morin est implémenté dans un code de calcul éléments finis afin de comparer ses prédictions avec les résultats de simulations micromécaniques. Dans un second temps, à partir de l’équation exacte d’évolution du taux de porosité incluant les déformations élastiques, une amélioration du modèle est proposée. Enfin, dans la troisième partie, une étude numérique de la rupture ductile cyclique est menée à travers la simulation du comportement d’éprouvettes de laboratoires et de structures de type tuyauterie. Elles permettent de valider les prédictions du modèle proposé ainsi que sa pertinence pour prédire le comportement de structure soumises à un chargement cyclique de grandes amplitudes.Ensuring the integrity of components throughout their lifespan is a major industrial issue, especially for nuclear facilities. The safety assessments of components must cover all possible situations, including very exceptional ones, such as earthquakes. For a monotonic loading, several theoretical frameworks exist to predict crack growths. The first part of this thesis is dedicated to the experimental study of the behavior of cavities, laboratory test specimens and a representative structure of a secondary nuclear power plant piping subjected to cyclic loadings. This experimental study is complemented by in-situ X-ray tomography tests conducted on axisymmetric notched tensile specimens loaded cyclically. The second part of this thesis is devoted to a theoretical study of the influence of cyclic loadings on void growth models. First, the void growth model of Morin is implemented in a finite element computational code to compare its predictions with the results of micromechanical simulations. It is shown that a better consideration of the effect of elasticity is essential to correctly predict the growth of a void subjected to cyclic loadings. Then, through determining the exact equation of porosity rate including elastic strains, an improvement of Morin's model is proposed in order to take into account the effects of elasticity.Finally, in the third part of this thesis, a numerical study of cyclic ductile rupture is conducted through simulations of the behavior of laboratory test specimen and a pipe mock-up. These simulations validate the predictions of the proposed model and its relevance to predict the behavior of structures subjected to cyclic loading of large amplitudes