Endommagement ductile : mesures volumiques et simulations micromécaniques.

International audienceAu cours de leur mise en forme ou de leur utilisation en service, les pièces industrielles sont soumises à des chargements mécaniques multiaxiaux et non proportionnels pour lesquels les modèles d’endommagement classiques ne permettent pas d’apporter une réponse fiable et suffisamment universelle (mécanismes de rupture notamment différents en cisaillement ou en traction). L’objectif de ces travaux est d’étudier l’interaction entre les mécanismes de déformation plastique et d’endommagement à l’échelle de la microstructure au cours de la rupture ductile d’alliages métalliques pour différents trajets de chargement (taux de triaxialité des contraintes et angle de Lode), et de comprendre les mécanismes physiques sous-jacents. Les observations et mesures expérimentales sont accompagnées de modélisations numériques par éléments finis dont l’objectif est de reproduire ces mécanismes d’endommagement aux échelles microscopique et macroscopique. Pour atteindre cet objectif, trois techniques innovantes et très complémentaires sont développées et exploitées conjointement dans ce travail : - Des essais in situ en laminographie au synchrotron, permettant d’observer en 3D les micromécanismes d’endommagement (à partir du cisaillement pur jusqu’aux triaxialités des contraintes plus élevées) sont réalisés. Contrairement à la tomographie, la laminographie est particulièrement bien adaptée pour étudier les mécanismes d’endommagement dans le volume de pièces naturellement fines dans une direction, et allongées dans les deux autres. De grandes éprouvettes plates avec des géométries très proches des éprouvettes standard peuvent être étudiées en 3D in situ sans précédent. Celles-ci génèrent des conditions aux limites proches de structures sollicitées au cours de la fabrication ou en service. Cela rend cette technique particulièrement intéressante, notamment lors de l’apparition de la striction localisée pour des produits minces. - Les champs de déplacement (et de déformation) sont mesurés dans le volume grâce au contraste naturel des microstructures étudiées à l’aide de techniques de corrélation d’images volumiques. Des approches globales permettant un chaînage direct avec les simulations numériques sont utilisées et développées pour rendre compte de phénomènes localisés. La détection et la quantification de l’endommagement sont notamment basées sur les résidus de corrélation. - Les microstructures observées sont maillées grâce à des approches « level-set » couplées à des techniques d’adaptation de maillage anisotrope. Des calculs éléments finis 3D sont menés en se servant des conditions aux limites mesurées par corrélation d’images volumiques. Les mécanismes de germination (par décohésion ou fragmentation d’inclusions), de croissance et de coalescence sont modélisés et comparés aux observations expérimentales. Le matériau choisi est une fonte qui possède de grosses inclusions (nodules de graphite) qui sont observées et suivies de manière précise au cours de la déformation et de la rupture. La procédure de validation de l’approche développée ainsi que l’effet des conditions aux limites de la région d’intérêt investiguée sur les simulations numériques seront présentés