Behavior and ductile fracture of two metals : new experimental techniques for the study of the strain rate and the load path effects

Comportement et déchirure de matériaux métalliques : développement d’essais expérimentaux pour l’étude de l’influence de la vitesse de déformation et de l’historique de chargement

Vincent Lafilé (1)

1 IRDL - Institut de Recherche Dupuy de Lôme

The understanding of thin materials behavior under various stress state is a current issue for security matters. Constitutive models and failure models evolved to take into account stress state and strain rate effect on material behavior. Experimental characterization of materials is necessary to identify models. Mechanical tests are mandatory for the development of numerical tools. The aim of this thesis is the development of experimental techniques for material characterization. This work is performed on two materials, a AA-2024-T3 aluminum alloy and DP450 dual phase steel. Strain rate effect on the equi-biaxial tension behavior and the failure, and on the plane strain tension failure is studied. For this purpose, we improved the analysis of bulge test and a new device is proposed ion order to attain strain rates up to 100 s-1. Hemispheric punch test and a new punch test dedicated to plane strain tension are proposed at high strain rates. Effect of loading path on failure strain is also studied. A new device for uniaxial tension on large specimens is use to apply the first load, a second loading under equi-biaxial tension or plane strain tension is then applied up to failure.

La compréhension du comportement des matériaux minces sous différentes sollicitations est un enjeu en matière de sécurité. Les modèles de comportement mécanique et de rupture ont évolué pour prendre en compte l’état de contrainte et la vitesse de déformation qui peuvent avoir une influence majeure sur la réponse du matériau. L’identification de ces modèles passe par la caractérisation expérimentale du matériau. Les essais mécaniques représentent donc toujours une étape indispensable au développement des outils numériques. L’objectif de ces travaux est donc de contribuer à l’apport de techniques expérimentales de caractérisation des matériaux. L’ensemble des travaux est illustré par l’étude de deux matériaux : un alliage d’aluminium AA- 2024-T3 et un acier dual phase DP450. L’effet de la vitesse de déformation sur le comportement en traction équi-biaxiale, ainsi que la déformation à rupture en traction équi-biaxiale et en traction en déformation plane sont étudiés. Pour cela, le dépouillement de l’essai de gonflement hydraulique (bulge test) est amélioré et un nouveau dispositif est utilisé pour atteindre des vitesses de déformation intermédiaires de 100 s-1. L’essai de poinçonnement hémisphérique et un nouvel essai de poinçonnement pour la traction en déformation plane sont effectués jusqu’à des vitesses de déformation intermédiaires. L’effet du trajet de chargement sur la déformation à rupture est également étudié. Une méthode de traction uni-axiale sur éprouvettes de grandes dimensions est développée pour appliquer un premier chargement. Ensuite un second chargement en traction équi-biaxiale ou en traction en déformation plane est appliqué jusqu’à rupture.

Mots clés: Metals -- Mechanical properties; Fracture mechanics; Materials--Dynamic testing

Mots clés: Traction en contraintes planes; Trajets de chargement

Domaines: Matériaux; Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Vincent Lafilé. Comportement et déchirure de matériaux métalliques : développement d’essais expérimentaux pour l’étude de l’influence de la vitesse de déformation et de l’historique de chargement. Matériaux. Université de Bretagne Sud, 2018. Français. ⟨NNT : 2018LORIS501⟩. ⟨tel-02013991⟩