Dissertations / Theses: 'Acier à haute limite d'élasticité'

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Stienon, Alexandre. "Contribution à la modélisation de la durée de vie des roulements à partir des caractéristiques inclusionnaires des aciers : concentration, morphologie, propriétés mécaniques." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0046/these.pdf.

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Abstract:

Malgré les efforts importants entrepris par les aciéristes pour augmenter la propreté inclusionnaire de leurs aciers, la présence d’inclusions en sous-couches de roulements et butées à billes demeure responsable de nombreux écaillages, qui limitent leurs durées de vie. Pour tout aciériste, être capable de prédire la durée de vie de roulements en fonction des caractéristiques inclusionnaires de ses aciers constitue un enjeu majeur, afin d’optimiser les conditions d’élaboration aux exigences des clients. La plupart des modèles existant ne prennent en compte les caractéristiques inclusionnaires des aciers que de manière très partielle. Par conséquent, le but de cette thèse a été de construire un nouveau modèle qui prenne en compte l’ensemble des caractéristiques inclusionnaires (concentrations, distributions de taille, caractéristiques morphologiques et mécaniques). Pour mettre au point ce nouveau modèle nous avons utilisé une approche alliant caractérisation et modélisation. La microtomograhie X a pour la première fois été appliquée à la caractérisation fine de la morphologie des inclusions. Leurs propriétés mécaniques ont été investiguées par nano-indentation. Les concentrations et distributions de taille ont pour leur part été estimées par échographie ultrasonore haute fréquence. L’ensemble de ces données a ensuite été utilisé pour modéliser l’endommagement provoqué par ces inclusions. Le modèle développé s’appuie sur les calculs de champs de contrainte au voisinage des inclusions, réalisés par la méthode des éléments finis. Ces calculs ont permis de déduire les concentrations de contrainte ainsi que l’étendue des zones plastifiées qui se développent au voisinage des inclusions, dans lesquelles les dislocations s’accumulent, conduisant à l’amorçage de fissures. La propagation de ces fissures jusqu’en surface est alors évaluée à l’aide de lois de Paris. Dans le cas des alignements, un facteur de concentration de contrainte additionnel a été introduit pour rendre compte des interactions entre inclusions constitutives voisines. Cette modélisation a ensuite été mise en œuvre de manière statistique, grâce à la méthode de Monte-Carlo : des lots de butées virtuelles sont construits en distribuant des inclusions et alignements conformément aux concentrations, distributions de taille et autres caractéristiques obtenues expérimentalement. Le modèle a alors fait l’objet d’un calage par comparaison des prévisions numériques à des durées de vie réelles mesurées expérimentalement lors d’essais de fatigue de roulement sur butées à billes. Il est par conséquent opérationnel et constitue un outil intéressant pour prédire la durée de vie de roulements et optimiser les conditions d’élaboration en relation avec les applications visées Despite important efforts made by steel makers to improve the cleanliness of steel, inclusions are still present in steel and produce spallings when placed in subsurface of bearings. For any steel makers, being able to predict the lifetime of bearings from the inclusion characteristics of the steel is a major challenge. Most of the existing models only take into account part of the inclusions characteristics. The aim of this Ph. D. Thesis is to take into account the most important characteristics (concentrations, size distributions, morphological and mechanical characteristics). To create this new model, an approach based on both characterization and modelling has been used. X-ray micro-tomography has for the first time been applied to the detailed morphological characterization of inclusions. The mechanical properties of these inclusions have been investigated by nano-indentation. Concentrations and size distributions have been obtained thanks to high frequency ultrasounds. All these data have then been used for the modelling. The developed model is based on the calculations of stress fields by finite element method. These calculations have permitted to obtain the stress concentrations produced by the inclusions and the size of the region where plastic strain occurs, in which dislocations accumulate and initiate fatigue cracks. Propagation of these cracks up to the surface has then been modelled by Paris laws. For stringers, an additional stress concentration factor has been introduced in order to take into account the interactions between constitutive inclusions. Once this done, a Monte-Carlo method has been used to virtually distribute inclusions in batches of simulated bearings, in accordance with the concentrations, size distribution and other characteristics obtained experimentally. The free parameters of the model have then been adjusted until a good coherence between numerical predictions and experimental results has been obtained. Consequently, it is now functional and can be used as a good tool to predict lifetime of bearing and optimize the elaborating conditions of steel in relation with the sought applications

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Rivalin, François. "Développement d'aciers pour gazoducs à haute limite d'élasticité et ténacité élevée : mécanique et mécanismes de la rupture ductile à grande vitesse." ENSMP, 1998. http://www.theses.fr/1998ENMP0816.

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Abstract:

Les aciers pour gazoducs doivent posséder un bon compromis entre une limite d'élasticité élevée pour supporter de grandes pressions internes et une bonne ténacité afin de résister à la propagation rapide (quelques centaines m/s) de fissures longitudinales dans le tube. Cela a conduit au développement des aciers bas carbone microalliés produits par laminage à température contrôlée et refroidissement rapide. Les microstructures obtenues sont ferrito-perlitiques et ferrito-bainitiques pour les aciers de plus haut grade. Quatre nuances sont ici étudiées sur les plans métallurgique, microstructural et mécanique pour mettre en évidence les rôles respectifs de la composition chimique et du traitement thermo-mécanique sur les propriétés de rupture. La propagation ductile rapide sur de longues distances est étudiée par une expérience de rupture dynamique de grandes tôles qui permet de reproduire la rupture par cisaillement, consécutive à une localisation de la déformation, observée lors de l’éclatement des gazoducs. La résistance à la propagation sur de grandes distances est évaluée par le taux de dissipation d’énergie, montrant le meilleur compromis limite d'élasticité-ténacité des aciers ferrito-bainitiques. Des essais de rupture quasi-statique se produisent par un mode d'ouverture, mettant ainsi en évidence une transition de mode de rupture ductile. Un essai de rupture a été développé, pour étudier les caractéristiques de cette transition suivant les conditions de sollicitation (vitesse et température), et comparer la sensibilité des différents aciers au cisaillement. Les mécanismes d'adoucissement au cours de la déformation, endommagement ductile et échauffement adiabatique, jouent un rôle prépondérant dans l'apparition de la localisation en cisaillement. La nature, la quantité et la morphologie des particules de seconde phase jouent du point de vue de l'endommagement ductile un rôle capital. La présence d'une multi-population d'amorces de rupture est à prendre en compte pour la simulation numérique de la rupture par cisaillement. Celle-ci est réalisée sur une géométrie de déformation plane à l'aide de l'approche locale de la rupture ductile par l'utilisation de modèles couples ou l'on tient compte du caractère élasto-visco-plastique, anisotrope et endommageable des aciers pour gazoducs. La simulation tridimensionnelle de la propagation de fissure sur de grandes distances montre que l’épaisseur de la tôle a une importance prépondérante sur la résistance à la propagation de fissure. Le comportement anisotrope et la présence de gradients de dureté dans l’épaisseur sont également des paramètres à considérer.

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Ly, Céline. "Caractérisation d'aciers à très haute limite d'élasticité vis-à-vis de la fragilisation par l’hydrogène." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2009. http://www.theses.fr/2009ECAP0004/document.

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Abstract:

Les aciers THLE ont la particularité de posséder à la fois une bonne ductilité et de hautes caractéristiques mécaniques. Ceci les rend particulièrement adaptés pour l'industrie automobile, dont les principales exigences sont l'allègement du véhicule et la sécurité des passagers. Toutefois, il est bien connu que l'augmentation des caractéristiques mécaniques accroît la susceptibilité à la fragilisation par l'hydrogène. Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la susceptibilité vis-à-vis de la fragilisation par l'hydrogène de quatre aciers THLE : un DP, un TRIP, un CP et le BAS 100, un acier enrichi en vanadium et chrome. Un acier aux propriétés mécaniques plus modestes, dénommé HE (Haute Elasticité) a servi de référence. Les caractéristiques de transport de l'hydrogène dans ces aciers ont été étudiées, grâce à des essais de perméation électrochimique avec chargement en milieu acide, éventuellement additionné d'un promoteur d'hydrogénation (l'arsenic). Comme observé sur d'autres aciers, il faut souligner l'absence de conditions d'entrée stationnaires, dont il faut tenir compte dans l'évaluation des caractéristiques de diffusion. La diffusivité à température ambiante est apparue élevée pour tous les aciers, et une corrélation a été établie entre la microstructure et la diffusivité de l'hydrogène dans le matériau : plus la microstructure est fine et complexe, moins la diffusivité est élevée. De plus, l'évaluation des concentrations subsurfaciques sur les courbes en présence d'arsenic a révélé des valeurs relativement élevées pour les trois aciers aux caractéristiques mécaniques les plus élevées (TRIP 800, CP 800 et BAS 100). Ces valeurs sont conformes avec les teneurs en hydrogène diffusible mesurées par dosage juste après la perméation. Les dosages d'hydrogène résiduel, réalisés par désorption thermique sous vide après perméation, ont par ailleurs indiqué que le piégeage profond dans ces aciers était peu important, même après chargement sous polarisation et en présence d'arsenic. Ceci peut s'expliquer par des structures très bien élaborées, très fines et comportant peu de défauts. Des essais de traction ont montré qu'une hydrogénation sévère (en présence d'un promoteur) était nécessaire pour obtenir une fragilisation notable des aciers THLE. Hormis les cas extrêmes de dégradation spontanée par HIC (cloquage, fissuration), la fragilisation est imputable à l'hydrogène diffusible ou faiblement piégé car les teneurs en hydrogène piégé profondément restent négligeables. Dans les conditions industrielles, en décapage acide HCl en présence d'inhibiteurs, les résultats de perméation, de dosage et de traction s'accordent à montrer l'absence de fragilisation sur ce type d'acier. Les inhibiteurs testés semblent jouer un rôle de barrière physique, par adsorption sur le métal nu, limitant ainsi tant l'entrée d'hydrogène que la corrosion The distinctive feature of Very High Strength Steels (VHSS) is to present a good combination of ductility and high strength. This makes them particularly interesting for the automotive industry because of the increasing demand for the reduction of car weight and the improvement of passengers security. However, it is known that increasing mechanical characteristics enhances susceptibility to hydrogen embrittlement. The aim of this doctoral thesis work is to study the susceptibility to hydrogen embrittlement of four very high strength steels : a DP (Dual Phase), a TRIP (Transformation Induced Plasticity), a CP (Complex Phase) and BAS, a Cr-V enriched high strength steel. Low alloyed steel with lower mechanical properties, HE (high Elasticity) has been used as a reference. Hydrogen transport characteristics in these steels were investigated thanks to electrochemical permeation tests including charging in acid solution, possibly with the addition of a hydrogenation promoter (arsenic). As already observed on other steels, the absence of stationary entry conditions is to be underlined due to its necessity for the evaluation of diffusion characteristics. Diffusivity at room temperature has appeared to be very high in each of the five steels and a correlation between hydrogen diffusion coefficient and microstructure has been drawn : the finer and the more complex it is, the lower is the apparent diffusion coefficient. Moreover, sub-surface concentrations calculated on the permeation transient in the presence of arsenic have revealed relatively high values for the three steels with the higher mechanical properties (TRIP 800, CP 800 and BAS 100). These values comply with the diffusible hydrogen content measured by thermal desorption technique just after permeation. Otherwise, residual hydrogen dosage tests by thermal desorption under vacuum, have indicated that deep trapping is very low for these steels, even after charging under polarisation and in the presence of arsenic. These results can be explained by fine and homogeneous microstructures that are very well developed with few lattice defects. Ordinary tensile tests have shown the necessity of extreme charging conditions (in the presence of a promoter) for VHS steel embrittlement. With an exception in the case of extreme spontaneaous damages created by HIC (blistering, cracking), embrittlement is imputable to diffusible and weakly trapped hydrogen because deeply trapped hydrogen content is very low. In industrial conditions, during acid pickling while in the presence of inhibitors, permeation, dosage and tensile tests results suggest the absence of embrittlement for the steels. Tested inhibitors seem to act as a physical barrier, by adsorption on the bare steel surface, and limit that way hydrogen absorption and corrosion

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Gardey, Benoit. "Caractérisation multi-échelle du comportement plastique en grandes déformations à froid d'aciers à très haute limite d'élasticité dual phase et TRIP." Paris 13, 2005. http://www.theses.fr/2005PA132015.

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Ly, Céline. "Caractérisation d'aciers à très haute limite d'élasticité vis-à-vis de la fragilisation par l'hydrogène." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00453616.

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Abstract:

Les aciers THLE ont la particularité de posséder à la fois une bonne ductilité et de hautes caractéristiques mécaniques. Ceci les rend particulièrement adaptés pour l'industrie automobile, dont les principales exigences sont l'allègement du véhicule et la sécurité des passagers. Toutefois, il est bien connu que l'augmentation des caractéristiques mécaniques accroît la susceptibilité à la fragilisation par l'hydrogène. Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la susceptibilité vis-à-vis de la fragilisation par l'hydrogène de quatre aciers THLE : un DP, un TRIP, un CP et le BAS 100, un acier enrichi en vanadium et chrome. Un acier aux propriétés mécaniques plus modestes, dénommé HE (Haute Elasticité) a servi de référence. Les caractéristiques de transport de l'hydrogène dans ces aciers ont été étudiées, grâce à des essais de perméation électrochimique avec chargement en milieu acide, éventuellement additionné d'un promoteur d'hydrogénation (l'arsenic). Comme observé sur d'autres aciers, il faut souligner l'absence de conditions d'entrée stationnaires, dont il faut tenir compte dans l'évaluation des caractéristiques de diffusion. La diffusivité à température ambiante est apparue élevée pour tous les aciers, et une corrélation a été établie entre la microstructure et la diffusivité de l'hydrogène dans le matériau : plus la microstructure est fine et complexe, moins la diffusivité est élevée. De plus, l'évaluation des concentrations subsurfaciques sur les courbes en présence d'arsenic a révélé des valeurs relativement élevées pour les trois aciers aux caractéristiques mécaniques les plus élevées (TRIP 800, CP 800 et BAS 100). Ces valeurs sont conformes avec les teneurs en hydrogène diffusible mesurées par dosage juste après la perméation. Les dosages d'hydrogène résiduel, réalisés par désorption thermique sous vide après perméation, ont par ailleurs indiqué que le piégeage profond dans ces aciers était peu important, même après chargement sous polarisation et en présence d'arsenic. Ceci peut s'expliquer par des structures très bien élaborées, très fines et comportant peu de défauts. Des essais de traction ont montré qu'une hydrogénation sévère (en présence d'un promoteur) était nécessaire pour obtenir une fragilisation notable des aciers THLE. Hormis les cas extrêmes de dégradation spontanée par HIC (cloquage, fissuration), la fragilisation est imputable à l'hydrogène diffusible ou faiblement piégé car les teneurs en hydrogène piégé profondément restent négligeables. Dans les conditions industrielles, en décapage acide HCl en présence d'inhibiteurs, les résultats de perméation, de dosage et de traction s'accordent à montrer l'absence de fragilisation sur ce type d'acier. Les inhibiteurs testés semblent jouer un rôle de barrière physique, par adsorption sur le métal nu, limitant ainsi tant l'entrée d'hydrogène que la corrosion.

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Huneau, Bertrand. "Influence de l'air ou de milieux salins avec polarisation cathodique sur les processus d'endommagement par fatigue d'un acier à haute limite d'élasticité." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2316.

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Abstract:

Cette étude est consacrée à l'analyse du comportement et de l'endommagement en fatigue, dans l'air et dans deux solutions salines avec polarisation cathodique (une solution 3,5% NaCl et de l'eau de mer), d'un acier à haute limite d'élasticité (SE702) utilisé dans le domaine offshore. Une attention particulière est portée à la détermination des mécanismes et des cinétiques d'amorçage et de propagation des fissures de fatigue. Le comportement en fatigue du SE702 est caractérisé par les durées de vie et les vitesses de propagation des fissures naturelles. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus dans un vide secondaire, ce qui permet de découpler les effets d'environnement des effets mécaniques. Cette comparaison permet également de préciser les mécanismes d'action des différentes espèces actives. L'effet néfaste de l'air est attribué à une action conjointe de l'oxygène et de la vapeur d'eau alors que l'effet des milieux salins est dû à l'hydrogène généré par la protection cathodique This study is devoted to the analysis of fatigue resistance and damage in several environments, the air and two saline solutions with cathodic polarisation (a 3,5% NaCl solution and natural seawater), of a high strength steel (SE702) used in offshore structures. A detailed attention was paid to the determination of mechanisms and kinetics of crack initiation and propagation. The fatigue behaviour of the SE702 was characterised by fatigue lives and crack growth rates of self-initiated cracks. These results were compared with those obtained in a secondary vacuum, so that it enables to separate the effects of environment from the mechanical effects. Moreover, the comparison of the results obtained in the different environments made it possible to specify the action mechanisms of the various active species. The harmful effect of the air is allotted to a joint action of oxygen and water vapour whereas the effect of the saline solutions is due to the hydrogen generated by cathodic protection

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Zghal, Jihed. "Etude du comportement en fatigue à grand nombre de cycles d'un acier à haute limite d'élasticité HC360LA : endommagement, plasticité et phénomènes dissipatifs associés." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0004/document.

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Abstract:

Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet APSTRAM (Allègement et Performance des STRuctures Acier Marine) de l’IRT Jules Verne, s’intéresse à l’endommagement en fatigue à grand nombre de cycles d’un acier ferritique à haute limite d’élasticité HC360LA. La première partie de ce travail est dédiée à la réalisation d’essais de fatigue à contrainte imposée avec différents rapports de charge et différentes conditions initiales (fixées à partir d’un éventuel pré-écrouissage). Ces essais montrent que le pré-écrouissage, obtenu par traction uniaxiale, permet d’augmenter significativement la résistance à la fatigue. Aussi, un effort expérimental est fait pour estimer à partir des mesures de force, d’élongation et de température comment l’énergie de déformation est soit dissipée en chaleur, soit stockée dans le matériau par écrouissage. Les résultats ainsi obtenus montrent qu’il existe à l’échelle macroscopique une corrélation entre l’énergie dissipée et le nombre de cycles à rupture indépendamment des conditions initiales et des conditions de chargement. Cela souligne donc l’importance de la plasticité dans le processus d’endommagement en fatigue de l’acier HC360LA. Un modèle polycristallin de comportement et d’endommagement en fatigue est ensuite proposé. Il repose sur la formulation d’une loi de comportement à l’échelle cristalline qui utilise les ingrédients de la mécanique de l’endommagement pour décrire la dégradation progressive des propriétés mécaniques. La loi de comportement est établie de sorte à considérer le couplage de l’endommagement avec la plasticité, le caractère anisotrope de l’endommagement et l’influence de l’anisotropie des propriétés élastiques. Elle est ensuite implémentée dans un modèle d’homogénéisation afin de prendre en compte le caractère polycristallin de l’acier HC360LA. Le modèle proposé est finalement utilisé pour étudier le comportement en fatigue à l’échelle microscopique. Il permet d’abord de montrer que l’endommagement de fatigue est un processus extrêmement localisé qui ne concerne que quelques cristaux d’orientation particulière. De ce fait, si une diminution de la rigidité est localement observée, les propriétés élastiques macroscopiques sont peu influencées par l’endommagement. Aussi, le modèle permet de souligner que la contribution de l’endommagement à la dissipation de chaleur est négligeable devant celle de la plasticité. La corrélation entre le nombre de cycles à rupture et l’énergie dissipée n’existe donc que parce que l’endommagement de fatigue est le résultat de l’accumulation de déformation plastique The present work, which is integrated in the IRT Jules Verne APSTRAM project, focuses on the high cycle fatigue behavior of a ferritic high-strength low-alloy steel (HC360LA). First, different stress-controlled cyclic tests are carried out to study the influence of loading conditions and pre-straining on the fatigue behavior. According to the experimental results, a uniaxial tension pre-straining allows for a significant increase of the fatigue strength. Using the experimental dataset (force, elongation and temperature), an important effort is made to estimate the fraction of strain energy that is either dissipated into heat or stored within the material during cyclic tests. The strong correlation between the number of cycles to failure and heat dissipated energy emphasizes the importance of plasticity in the process driving to fatigue failure. Second, a polycrystalline model is proposed to describe the fatigue behavior of metallic materials in the high cycle fatigue regime. To consider the anisotropy of plastic properties, the constitutive model is developed at the grain scale within a crystal plasticity framework. It uses continuum damage mechanics to describe the progressive degradation of mechanical properties within an anisotropic context. The constitutive model is then integrated within a self-consistent formulation to consider the polycrystalline nature of metallic materials. Finally, the proposed model allows for investigating the fatigue behavior of the HC360LA steel at a microscopic scale. Damage is found to be highly localized in some specific grains. As a result, while fatigue damage results in a progressive decrease of elastic stiffness at the crystal scale, the elastic properties are not significantly affected at the macroscopic scale. Also, the contribution of damage to heat dissipation is negligible. The correlation between energy dissipation and fatigue failure is therefore a consequence of the strong coupling between plasticity and damage

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Buirette, Christophe. "Influence de la microstructure bainitique en pied de cordon sur l'amorcage et la propagation des fissures courtes de joints soudés en acier HLE S550 : application à l'amélioration du comportement en fatigue par traitement thermomécanique." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-95.pdf.

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Abstract:

La duree de vie en fatigue des assemblages soudes correspond souvent a une duree de vie en propagation de fissures amorcees en pied de cordon a partir de defauts resultant de l'operation de soudage. L'influence de la geometrie locale et des contraintes residuelles est preponderante. La qualite des assemblages soudes bout-a-bout en acier hle s550 etudies ici a pourtant permis de mettre aussi en evidence l'influence de la microstructure. La presente etude est organisee autour de 3 objectifs : le premier objectif concerne la caracterisation du comportement en fatigue des joints bruts. Une methode de detection par jauges collees en pied de cordon est developpee. La reponse des signaux de jauge est etalonnee en fonction de la profondeur de fissure. Un critere d'amorcage est defini et correspond a la transition fissures courtes/fissures longues. Le second est d'etudier l'influence de la microstructure. Les eprouvettes ont ete arasees pour supprimer l'influence de la geometrie du pied de cordon et rainurees de facon a localiser l'amorcage. Le processus de fissuration en surface est suivi grace a la technique des repliques et les chemins de propagation en profondeur sont etudiees sur coupes transverses. Les stades de propagation et les barrieres microstructurales (frontieres de paquets de lattes, ancien grain ) sont identifies. La modelisation des cinetiques de propagation permet de predire les courbes s-n#a et s-n#r, l'amorcage correspondant ici a l'atteinte du seuil microstructural en surface. Le dernier objectif concerne la determination d'un traitement thermomecanique original applicable sur joints bruts, associant un traitement de grenaillage et un traitement de restauration. De nombreux indicateurs (microdurete, observations met) permettent de caracteriser la plage de temperature-temps effective de la restauration et le couple 350c-15 minutes est finalement retenu.

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Frappart, Simon. "Des éléments de compréhension sur les mécanismes de transport et de ségrégation de l'hydrogène dans les aciers martensitiques trempés et revenus à haute limite d'élasticité." Phd thesis, Université de La Rochelle, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01016688.

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Abstract:

La Fragilisation par l'hydrogène (FPH) est un phénomène complexe de dégradation des matériaux métalliques dont les mécanismes sont dépendants de nombreux paramètres tels que la nature du matériau (composition chimique, traitement thermique), l'environnement ou l'état de contrainte. L'objectif de ce travail est d'apporter des éléments de compréhension sur les mécanismes de transport et de ségrégation de l'hydrogène dans les aciers martensitiques trempés et revenus à haute limite d'élasticité utilisés pour les applications " Oil and Gas ". Notons que cette étude se situe en amont de la problématique endommagement. Dans ce contexte, il s'agit d'identifier les sites de piégeage de l'hydrogène en regard de la métallurgie des matériaux. La mise au point d'un montage de perméation électrochimique et d'un protocole de dépouillement des résultats a permis une nouvelle approche critique dans l'exploitation des résultats issus des essais électrochimiques. De cette procédure, plusieurs aspects ont été considérés : les rôles de l'épaisseur de la membrane, de l'état de surface de la face de détection, de la microstructure et enfin, d'un état mécanique. La mise en relation de l'évolution de la microstructure avec les paramètres physiques associés aux phénomènes de diffusion et de piégeage de l'hydrogène permettront de conduire une première réflexion " vers l'endommagement ".

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Vucko, Flavien. "Etude expérimentale et modélisation des effets de l’hydrogène sur les propriétés mécaniques et le comportement en fatigue d’un acier à haute limite d’élasticité." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2014. http://www.theses.fr/2014EMSE0741/document.

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Abstract:

La sensibilité à l’hydrogène d’un acier de type S690QL a été étudiée par une approche locale de la rupture. Des essais de fatigue ont été réalisés à l’air et en milieu salin sous protection cathodique sur des éprouvettes micro-entaillées. La fissure a été contrôlée en cours d’essai par une méthode de suivi électrique. La réponse mécanique du matériau en avant de l’entaille a été simulée par calculs par éléments finis.Les mécanismes de fatigue ont été étudiés par une méthode permettant d’isoler une contrainte interne et deux composantes de la contrainte effective, activée et non-activée thermiquement. L’effet de l’hydrogène sur ces contraintes a également été étudié.Pour comprendre le phénomène de piégeage de l’hydrogène dans la microstructure de cet acier, des tests de perméation électrochimique et de désorption thermique ont été réalisés. Les paramètres expérimentaux ainsi déterminés sont utilisés dans un modèle phénoménologique de la diffusion. Il a été développé pour simuler la répartition locale de l’hydrogène sur des géométries complexes.Les résultats montrent une forte dépendance de l’amorçage de la fissure avec l’accumulation de déformation plastique. Pour les essais de fatigue réalisés sur les éprouvettes entaillées, il ressort que le piégeage dans le champ élastique des dislocations est le phénomène prépondérant dans le mécanisme de fragilisation. Dans le cas d’éprouvettes lisses sollicitées en fatigue oligocyclique, le piégeage dans les murs de cellules de dislocations est majoritaire et l’amorçage de la fissure est certainement localisé sur ces défauts. L’hydrogène affecte également les deux composantes, thermique et athermique, de la contrainte effective The sensitivity to hydrogen embrittlement of S690QL steels is studied by local approach to fracture. Fatigue tests in air and in saline solution under cathodic protection are performed on micro-notched specimens. Crack is monitored by direct current potential drop method. The mechanical response of the material at the notch-tip is simulated by finite elements calculations.Fatigue mechanisms are investigated by a decomposition method of the flow stress to extract internal stress and the thermal and athermal components of the effective stress. Hydrogen effects on these stresses are also studied.Hydrogen trapping in the microstructure is investigated using electrochemical permeation tests and thermal desorption spectrometry. A phenomenological model is developed thanks to experimental results. This model is able to simulate the local hydrogen concentration in samples with complex geometry.Our results show that crack initiation is highly dependent on the plastic strain accumulation. For fatigue tests on micro-notched specimens, hydrogen trapping in dislocations elastic field is the predominant phenomena in the embrittlement mechanism. For smooth specimens under low cycle fatigue testing, hydrogen trapping in dislocations cells walls is significant and crack initiation is probably localized in this microstructural defect. Both components of the effective stress are also influenced by hydrogen

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Frih, Intissar. "Dimensionnement mécano-fiabiliste des structures soudées contenant un défaut." Thesis, Troyes, 2016. http://www.theses.fr/2016TROY0017/document.

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Abstract:

Le soudage est une méthode d’assemblage couramment utilisée dans l'industrie. Cependant, ce procédé a ses propres inconvénients, notons principalement la présence de porosités ou de contraintes résiduelles, qui peuvent affecter la tenue en service d’une structure. Notre étude se concentre sur un assemblage soudé d'un acier à haute limite d’élasticité. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une démarche mécano-fiabiliste qui permet de prédire la tenue d’une structure soudée en T en présence d'un défaut de type porosité. De ce fait, il est indispensable d’avoir un modèle numérique décrivant finement le comportement de ce type de structure. Une étude expérimentale est donc effectuée permettant d’identifier les caractéristiques des zones de soudure et leurs comportements mécaniques. Des méthodes de mesure (méthode des contours et diffraction de rayon X) permettent de déterminer le champ des contraintes résiduelles dans toute la surface de la structure soudée. Ces résultats expérimentaux ont permis d’enrichir un modèle numérique. Dans le code de simulation par éléments finis, le champ de contraintes résiduelles et la porosité dans le joint de la soudure sont pris en compte. Les simulations numériques réalisées sous ABAQUS avec des modèles élastiques ou élasto-plastiques nous ont permis d'identifier les zones de sécurité et de rupture dans un cordon de soudure ainsi que les configurations critiques. L'approche fiabiliste permet de déclarer un niveau de risque de la soudure avec un niveau de confiance donné compte-tenu des incertitudes des moyens d’inspection du défaut de porosité Welding is a method of assembly commonly used in the industry. However, this method has several problems, mainly the presence of porosity or residual stress, which can affect the operating performance of a structure. Our study focuses on a welded joint of High-strength low-alloy (HSLA) steel.The objective of this thesis is to propose a mechanical reliability based approach in order to predict the reliability of a T-welded structure containing porosity. Therefore, it is essential to have a numerical model that describes finely the mechanical behavior of this type of structure. An experimental study is conducted to identify the characteristics of the areas of the weld and their mechanical behavior. Two measurement methods (method contours and X-ray diffraction) are used to determine the residual stress field throughout the surface of the welded structure.These experimental results allowed us to enrich a numerical model. In the finite element simulation, the residual stress field and the porosity in the weld are taken into account. Numerical simulations are performed using ABAQUS with elastic or elastic-plastic models to identify the areas of security and fracture in a weld bead and the critical configurations. The reliability approach is used to determine the failure probability of welded structure taking into account the uncertainties of the inspection means of porosity

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Mecheti, Othmane. "Apport de la haute performance au comportement de dalles en béton armé." Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0014.

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Abstract:

Le travail décrit dans le présent mémoire est une contribution à l'étude du comportement des dalles en bétons armé de haute performance. Il peut être considéré comme le dernier élément d'une démarche collective visant à établir l'intérêt de développer un béton armé de haute performance en tant que nouveau matériau de construction. L'étude du domaine des petites déformations et des petits déplacements, a précédé celle de l'évolution de la fissuration conduisant à la ruine, car c'est là que s'exprime le plus la haute résistance des matériaux constitutifs. Les effets néfastes du vieillissement du béton sur la résistance à la microfissuration ont été mis en évidence. Le rôle indéniable de l'acier de haute limite élastique comme bonificateur des performances de l'élément de structure dans son domaine d'utilisation a été constaté. L'examen du domaine post-élastique a permis d'observer que l'influence de la limite d'élasticité de l'armature n'est déterminante que lors de la transformation de l'élément de structure en mécanisme. Enfin une ouverture de cette recherche a été pratiquée à l'usage de l'ingénieur grâce à une simulation numérique.

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Gaied, Sadok. "Modélisation théorique et numérique de la formabilité des flans aciers raboutés laser - Validation expérimentale." Compiègne, 2008. http://www.theses.fr/2008COMP1730.

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Abstract:

La technologie des flans raboutés consiste à assembler en bout à bout, par soudage laser, différentes tôles d'acier d'épaisseur et de qualité métallurgique appropriées. La détermination et l'utilisation des critères de formabilité sont devenues nécessaires, pour l'estimation de la déformation limite à rupture. Pour répondre à ces besoins, une approche multi-critères a été développée pour la prévision de la rupture des assemblages soudés dans le métal de base, la zone d'interaction et la soudure elle-même. Pour généraliser le concept de Courbe Limite de Formage au cas de situations pour lesquelles les hypothèse des gradients de contraintes et de déformations prises en compte, nous avons proposé une approche tridimensionnelle de la formabilité de métal de base. Ce modèle rend bien compte de l'influence des états de déformations et de contraintes dans l'épaisseur. La deuxième partie porte sur le critère de formabilité dans la zone proche de la soudure pour bien analyser l'interaction entre les deux métaux. Ainsi, nous avons proposé une nouvelle méthode numérique pour la prédiction de la striction. Cette méthode, fait intervenir la vitesse de déformation. La dernière partie est dédiée à l'évaluation de la formabilité des assemblages des aciers dans le cas de la rupture dans la soudure. Ce modèle est basé sur un couplage thermique métallurgique et mécanique pour la détermination la déformabilité maximale de la soudure. Cette approche prédictive corrèle bien avec les résultats expérimentaux A Laser Welded Blank (LWB) consists of steel sheets with different thickness and strength levels, welded together to produce a single blank prior to the forming process. However, in order to take advantage of this technology, designers need to overcome the formability of LWBs and be able to accurately predict the LWB forming characteristics early in the design process. In order to forecast the formability of steel based Laser Welded Blanks in the base metal, in the interaction zone and in the weld seam, a multi-criteria approach was carried out. A new 3D formability model to avoid the failure in the base metal was used. This criterion is based on strain and stress gradient through the thickness. The second criteria applied in the interaction zone is based on the mechanical interaction between the two materials. The last model based on a coupled analysis including microstructure aspect, weld pool geometry and ductile fracture model, is used to predict the fracture in the laser seam,. A comparison of numerical and experimental results shows a good agreement. These approaches offer a considerable gain to obtain the Laser Welded Blanks formability for all configurations

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Chottin, Jérôme. "Etude de l'endommagement des aciers Dual Phase : application au procédé de mise en forme par cambrage." Caen, 2011. http://www.theses.fr/2011CAEN2069.

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Abstract:

Les mécanismes d’endommagement activés par certains procédés de mise en forme à haut niveau de déformation sont étudiés dans les aciers Dual Phase (DP1000). L’objectif principal est de décrire et quantifier l’évolution de la fraction surfacique de vides en fonction de l’état de contraintes. Cette description doit permettre de prévenir la fissuration du matériau durant le cambrage. Pour cela, des essais mécaniques réalisés en parallèle de calculs par éléments finis, sur éprouvettes à géométries complexes, sont menés. Ils permettent de solliciter le matériau sur un domaine de contraintes couvrant un maximum de procédés de mise en forme par le moyen d’outils simples. L’examen microstructural des échantillons révèle la formation de cavités aux interfaces ferrite/martensite, après déformation, ainsi qu’une forte sensibilité des mécanismes d’initiation, de croissance, de coalescence de vides à l’état de contraintes. Ces constats sont utilisés pour calibrer le modèle de Gurson modifié (GTN) ainsi que le critère de rupture de Johnson et Cook. En complément, des cartographies de nanoindentation sont réalisées pour permettre de décrire le comportement des interfaces durant la déformation. Ces essais soulignent les écarts de plastification entre les deux phases ainsi que la présence d’hétérogénéités de durcissement dans la ferrite en raison des répartitions de contraintes locales. Cette étude renvoie donc plus largement à la définition d’endommagement dans les matériaux, avec la notion de mauvaise matière, ainsi qu’aux différences qui existent entre les états de contraintes macroscopiques et microscopiques The damage mechanisms activated by forming processes with high level of deformation are studied in Dual Phase steels (DP1000). The main objective is to describe and quantify the evolution of the void area fraction depending on stress state. This description is meant to allow the anticipation of the material failure during bending. For this reason, mechanical tests are being conducted on samples with complex geometries, in parallel with finite element analysis. By the means of simple tools, these tests allow us to apply solicitations on the material within a determined range of stress states, including most of the forming processes. The microstructural examination of the specimens reveals the creation of cavities at the ferrite/martensite interfaces after the deformation process, as well as a high sensitivity of initiation, growth and coalescence mechanisms in the stress state. These results are used to calibrate the modified Gurson model (GTN) and the Johnson-Cook fracture criterion. In addition to this, nanoindentation cartographies are created to describe the properties of the interfaces during the deformation process. These tests highlight the differences in plastification between the two phases and the heterogeneous hardening in ferrite due to the local stress distributions. Thus, this study deals in wider terms with the definition of damage in materials as well as the differences between macroscopic and microscopic stress states

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Bilat, Anne-Sophie. "Estimation du risque de rupture fragile de soudures de pipelines en aciers à haut grade : caractérisation et modélisation." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00186517.

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Abstract:

Dans le but de réduire les coûts de transport du gaz, il est prévu d'augmenter les pressions de service des pipelines. Pour ce faire, des aciers à haute limite d'élasticité ferrito-bainitiques, type X100 (limite d'élasticité supérieure à 100 ksi, soit 690 MPa), ont été développé. Les propriétés à froid des soudures de raboutage réalisées par un procédé MAG automatique sont vérifiées par des essais mécaniques. Des essais Charpy ont montré que lorsque l'entaille est centrée en ligne de fusion, l'énergie de rupture à -20 °C est inférieure à 40 Joules. La zone fragile se situe dans la zone affectée thermiquement à gros grains. Les deux ZAT, trop petites pour être testées individuellement, sont reproduites à l'aide d'une machine Gleeble. Une procédure spécifique pour l'identification des lois de comportement mécanique est mise en place pour les éprouvettes de ZAT simulée, afin de tenir compte des hétérogénéités métallurgiques de ces éprouvettes. Des essais de traction sur éprouvettes lisses et entaillées, des essais de flexion en quasistatique et des essais Charpy sont réalisés entre -196 et 20 °C. Cette base expérimentale est utilisée pour caler les équations constitutives du modèle du matériau qui sont utilisées dans un code par éléments finis pour prédire la rupture de la soudure. Les résultats obtenus par l'approche locale sont comparés à ceux obtenus par les règles de dimensionnement usuellement utilisées par les exploitants (Failure Assessment Diagrams).

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Guillemot, Nicolas. "Prise en compte de l'intégrité de surface pour la prévision de la tenue en fatigue de pièces usinées en fraisage." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00610030.

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Abstract:

Cette étude est dédiée à l'influence du fraisage de finition avec outil à extrémité hémisphérique sur l'intégrité de surface et la durée de vie en fatigue de pièces en acier bainitique à haute limite d'élasticité. L'intégrité de surface - microgéométrie, contraintes résiduelles et écrouissage - est caractérisée expérimentalement pour différentes valeurs des paramètres d'usinage, dont l'angle d'inclinaison de l'outil. L'hétérogénéité du champ de contraintes résiduelles perpendiculairement aux sillons générés par l'outil est mise en évidence à différentes profondeurs. Des essais de fatigue en flexion sur éprouvettes brutes d'usinage ou polies, avec ou sans traitement thermique de relaxation des contraintes résiduelles, mettent en évidence l'influence de l'intégrité de surface sur la tenue en fatigue. Des essais de fatigue en traction avec mesures d'auto-échauffement mettent en évidence une compétition entre mécanismes de micro-plasticité et de micro-fissuration. Une approche hybride est proposée pour prévoir l'état mécanique de la pièce usinée après fraisage. L'effet sur la surface usinée d'un chargement thermo-mécanique équivalent à l'opération de coupe et déduit d'essais d'usinage instrumentés est alors simulé numériquement sans modéliser l'enlèvement de matière. Une approche probabiliste est proposée pour prévoir l'influence de l'intégrité de surface sur la tenue en fatigue. Cette approche, restreinte au cas où le mécanisme de microfissuration est prédominant est validée grâce à la prise en compte de la microgéométrie. Le modèle est alors de type mécanique de la rupture et basée sur une mesure de la population de tailles d'entaille au fond des creux générés par l'outil.

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Achouri, Mohamed. "Caractérisation expérimentale et contribution à la modélisation numérique de l'endommagement en cisaillement des aciers HLE. Applications au procédé de poinçonnage." Thesis, Paris, ENSAM, 2012. http://www.theses.fr/2012ENAM0038/document.

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Abstract:

L’objectif principal de ces travaux de thèse est de caractériser lecomportement et l’endommagement d’un matériau HLE durant le procédé depoinçonnage. Ils comportent dans un premier temps, une étude expérimentale quirepose sur des observations micrographiques et des essais macroscopiques àdifférents états de contrainte, afin d’identifier les mécanismes physiquesd’endommagement mis en jeu. Cette étude est complétée par une modélisationnumérique du modèle d’endommagement de Gurson modifié en cisaillement et sonimplémentation dans ABAQUS/Explicit. Une stratégie d’identification des paramètresmatériau basée sur une large gamme de configurations expérimentales a été mise enplace. Des essais de poinçonnage ont été réalisés en faisant varier le jeu poinçon-matrice, afin de tester la capacité prédictive du modèle de Gurson modifié par rapportau modèle de GTN classique et à un critère découplé basé sur l’initiation de rupture.L’influence du jeu poinçon-matrice sur la qualité de découpe et sur les niveaux desétats de contrainte et de déformation a été également mise en évidence. Lesprédictions de rupture obtenues par cette approche et pour le matériau étudié sont enbon accord avec les observations expérimentales. Il reste à valider le modèle pourdes configurations de couples matériau/procédé plus étendues et à réaliser sonenchainement avec les autres procédés de mise en forme The main objective of this thesis is to characterize the behavior anddamage of a HSLA materials during the punching process. They comprise in a firsttime, an experimental study based on micrographic observations and macroscopictests at different stress states to identify the physical mechanisms of damage set in.This study is complemented by a numerical simulation modeling of a Gurson damagemodel modified in shear case and its implementation in ABAQUS / Explicit. Anidentification strategy of material parameters based on a wide range of experimentalconfigurations has been realized. Punching tests were performed by varying thepunch-die clearance to test the predictive ability of the modified Gurson modelcompared to the standard GTN model and to decoupled criterion based on the ductilefracture initiation. The influence of the punch-die clearance blanking quality and instress and strain states levels was also highlighted. Predictions of fracture obtainedby this approach and for the material studied are in good agreement withexperimental observations. It remains to validate the model for larger couple’smaterial/process configurations and realize its concatenation with other formingprocesses

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Rekik, Wissal. "Etude de la ténacité d'une soudure en undermatch : Application à la tenue mécanique de la jonction soudée FE en Al 6061-T6." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0015/document.

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Abstract:

Dans le cadre de la démonstration de l’intégrité des composants nucléaires les plus sensibles, une analyse de la présence d’un défaut potentiel de type fissure peut être requise par la sureté nucléaire. Ceci est particulièrement le cas en présence de jonctions soudées. Pour assurer un conservatisme de cette analyse, la position du défaut postulé doit être la plus pénalisante possible. Les analyses réalisées pour des démonstrations similaires sur des structures en acier reposent sur une approche de type mono matériau utilisant le comportement du métal de base. Cette approche est la plus pénalisante dans le cas d’une soudure en overmatch mais doit être remise en cause dans le cas d’une soudure en undermatch. Dans ce cadre, cette thèse propose une méthodologie expérimentale et numérique permettant l’identification de la configuration la plus pénalisante vis-à-vis de la mécanique de la rupture d’une soudure en undermatch. L’application de cette méthode a été réalisée sur une soudure en faisceau d’électrons en Al6061-T6. Un gradient de propriétés mécaniques le long de la jonction soudée a été dans un premier temps identifié permettant la conduite d’une analyse fine basée sur une approche multimatériau. Dans un second temps, le comportement en ténacité de la jonction soudée a été étudié sur éprouvettes CT. La transférabilité du paramètre J à l’amorçage à une autre géométrie d’éprouvette a été démontrée ce qui constitue une base importante pour l’hypothèse de transférabilité vers des structures. Pour finir, une étude numérique sur un tube de grandes dimensions avec un défaut semi-elliptique a été développée en prenant en compte les contraintes résiduelles de soudage. Les résultats montrent que la zone affectée thermiquement à 13 mm du centre de la soudure considérée est la plus sensible en mécanique de la rupture, ceci remet par conséquent en question les méthodes traditionnelles menées dans des analyses à la rupture brutale qui consistent à considérer un défaut dans la zone fondue For the demonstration of the integrity of the most sensitive nuclear components, conventional defects, as cracks for example, must be considered within the design step as required by the nuclear safety authority. This phase is particularly crucial for dimensioning of welded structures. To ensure a conservative prediction, the position of the initial crack within the welded joint must be the most detrimental in fracture behavior. Commonly used analyzes consider homogeneous structure with the behavior of the base metal of the welded joint, considered as the weakest metallurgical zone in the case of an overmatched weld. In contrast, similar analysis is not conservative in case of undermatched weld. The thesis contributes by the development of an experimental and numerical methodology allowing the identification of the detrimental metallurgical zone in fracture behavior of an undermatched welded joint. The methodology proposed is applied to an electron beam welded joint on Al 6061-T6. To reach this goal, the gradient of the mechanical behavior along the welded joint was first identified. This is particularly interesting to conduct an advanced analysis based on a multimaterial approach. In a second step, the fracture behavior of the welded joint was studied on CT specimen. The transferability of the J integral at initiation was approved on another geometry: this represents an important foundation for the transferability assumption to structure. Finally, a numerical analysis on full scale tube was developed. Residual welding stresses and structural effects were considered. The results demonstrate that the heat affected zone located at 13 mm from the middle of the welded joint is the most detrimental zone for fracture analysis. This contradicts the conventional methods conducted on fracture analysis which consider a conventional defect within the fusion zone

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Belhadj, Ahmed Abdelwahed. "Contribution à l’amélioration de la rectitude dans l’obtention de produits longs : application aux abouts de rails." Thesis, Paris, ENSAM, 2013. http://www.theses.fr/2013ENAM0066/document.

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Abstract:

Les produits longs se distinguent par une dimension, généralement la longueur plus importante que la hauteur et la largeur, à titre d'exemple les rails de chemin de fer. Ces produits sont obtenus par déformation plastique à chaud puis refroidissement. Au cours du processus de fabrication, l'hétérogénéité du refroidissement et de la déformation plastique induisent un défaut géométrique de rectitude. Pour parachever la rectitude du produit, un redressage à froid est alors nécessaire. Souvent des dresseuses à galets sont utilisées pour corriger la rectitude du centre de produit, cependant, il reste les abouts. Ces derniers sont redressés au moyen d'une presse à partir de l'image de leurs profils obtenus par mesurage optique. La procédure de mesure/redressage est répétée jusqu'à la conformité du produit. Le temps de réalisation est variable, il dépend de l'apprentissage des paramètres clés liés à la géométrie et au matériau du produit à redresser. Compte tenu des exigences de plus en plus sévères sur la rectitude des produits longs d'une part et une volonté d'augmenter la productivité d'autre part, l'objet de ce travail de recherche consiste à optimiser le procédé de redressage des abouts de produits longs. Dans un premier temps, les déformations élastiques générées au cours du mesurage d'un produit long ont été filtrées. Ensuite, les erreurs des moyens de mesure ont été séparées de la mesure du produit au moyen d'une analyse couplée ce qui a permis une meilleure évaluation de la rectitude du produit. Par ailleurs, en se basant sur l'image du profil du produit, une méthodologie de redressage semi-automatique a été mise en place. Cette dernière est essentiellement basée sur une interaction entre la métrologie et la mécanique et représente une contribution à l'automatisation du procédé de redressage des abouts des produits longs Long workpieces are characterized by one dimension, usually length is larger than the height and width, for example, railway rails. These products are obtained by hot rolling and then cooling. During manufacturing process, heterogeneity of cooling and plastic deformation induced straightness error. In order to correct this geometrical error, cold straightening process is necessary. Usually, straightening machines are used to correct the straightness of the workpiece center however; the ends' sides were still not straightened. Based on the optical measurement profile, these ends are straightened by mechanical press. The measuring/straightening closed loop is repeated until the straightness of the product is conformed. The process time depends on the knowledge of key parameters related to geometry and material of workpiece. The objective of this research work is to optimize straightening process of the ends of long workpieces. As a first step, the elastic deformation generated during the measurement of long workpiece has been filtered. Then, a coupled analysis of measurement was used to separate error of machine measurement from workpiece measurement, which allowed a better assessment of workpiece straightness profile. Furthermore, based on straightness profile, a semi-automatic straightening methodology has been developed. It is essentially based on an interaction between metrology and mechanics and it is a contribution to the automation of straightening process for ends parts of long workpieces

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Pipard, Jean-Marc. "Modélisation du comportement élasto-viscoplastique des aciers multiphasés pour la simulation de leur mise en forme." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00668551.

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Abstract:

En raison du durcissement des normes d'émissions de CO2 par l'Union Européenne, les constructeurs automobiles sont contraints d'alléger leurs véhicules, particulièrement en diminuant l'épaisseur des pièces. Par conséquent, les fournisseurs d'acier doivent proposer de nouveaux aciers capables, à épaisseur plus faible, de garantir une sécurité des passagers identique voire meilleure. Augmenter la résistance mécanique ne suffit pas puisque les propriétés de mise en forme se retrouvent diminuées. Un compromis peut être trouvé en optimisant la microstructure en combinant par exemple les bonnes propriétés de différentes phases comme dans les nouvelles générations d'aciers multiphasés. L'optimisation de la microstructure peut demander un nombre d'essais expérimentaux conséquent. La simulation numérique représente un outil efficace permettant de diminuer le temps et les coûts de conception en diminuant considérablement les campagnes expérimentales. Ce travail de thèse vise à développer un outil numérique capable de modéliser le comportement élasto-viscoplastique des aciers multiphasés lors de simulations numériques 3D de mise forme dans le logiciel de calcul par éléments finis Abaqus. Une loi phénoménologique à base physique a été formulée de manière incrémentale dans un cadre tensoriel afin de modéliser le comportement élasto-viscoplastique des phases constitutives. Cette loi originale a été confrontée à la fois à des essais expérimentaux et à d'autres modèles issus de la littérature. Le comportement macroscopique de l'acier multiphasé est obtenu en utilisant un schéma autocohérent écrit spécifiquement pour des matériaux hétérogènes élasto-viscoplastiques. Par ailleurs, une nouvelle approche micromécanique visant à introduire des effets de longueurs internes microstructurales (taille de grain, taille de particule, etc.) est proposée et validée à l'aide de données expérimentales. Enfin, l'outil numérique développé dans ce travail de thèse est appliqué à la simulation d'essais de traction uniaxiale et de pliage en V afin d'évaluer la pertinence des phénomènes physiques (tels que la striction, les effets de vitesse de déformation sur la localisation et l'effet Bauschinger) dus au mélange de phases élasto-viscoplastiques.

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Martin, Pauline. "Plasticity and damage mechanisms in specific multiphased steels with bainitic matrix under various mechanical loading paths : influence of temperature." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMC227.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les mécanismes de plasticité et d'endommagement des aciers complexe-phase (CP). La microstructure bainitique de ces aciers, permets d’acquérir de bonnes propriétés de formabilité, qui intéressent les constructeurs automobiles. Cependant, la complexité de ces microstructures, qui se caractérisent par une grande quantité de joints de grains et une densité élevée de dislocations, influence la plasticité et les mécanismes d'endommagement. Afin d'estimer l'impact de la microstructure, une étude des caractéristiques métallurgiques des aciers à phases complexes est réalisée. Les mécanismes de plasticité sont ensuite étudiés par des tests de tension-compression afin d’étudier les mécanismes d’écrouissage du matériau. Ensuite, l’évolution de l’endommagement au sein de la microstructure est analysée à différente taux de triaxialité des contraintes afin d’obtenir la fraction de surface volumique ainsi que le nombre et le diamètre moyen des vides en fonction de la déformation plastique. Enfin, pour examiner la stabilité thermique de ces paramètres (microstructure, plasticité et endommagement), des expériences sont effectuées dans une plage de températures allant de 20 ° C à 600 ° C This PhD work investigates plasticity and damage mechanisms of complex phase steels. The bainitic microstructures of such steels, which feature retained austenite islands, result in these steels exhibiting good formability properties, which are of interest to automotive companies. However, the complexity of these microstructures, which are characterised by a high amount of grain boundaries and a high density of dislocations, influences plasticity and damage mechanisms. In order to estimate the impact of a steel's microstructure on these properties, the investigation of metallurgical features of complex phase steels provided by the company Faurecia is performed. Plasticity mechanisms are then investigated by tension-compression tests to determine the influence of long- and short-range interactions on the motion dislocation. Thereafter, the evolution of damage within microstructures is analysed at different stress triaxialities in order to obtain the volume area fraction and the number and average diameter of voids as functions of plastic strain. Finally, to examine the thermal stability of these parameters (microstructure, plasticity, and damage), experiments are performed at a range of temperatures between 20°C and 600°C

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Louge, Julien. "Apports des mesures d’auto-échauffement pour l’étude de la fatigue des aciers : effets d’histoire et cisaillement pur." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0001.

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Abstract:

Dans l’industrie automobile, les aciers laminés sont largement utilisés pour réaliser les pièces constitutives d’un véhicule. Les propriétés en fatigue à grand nombre de cycles de ces produits plats sont généralement déterminées sur le matériau dans son état tel que sortie d’usine (i.e., vierge de toute sollicitation) sous chargements cycliques uniaxiaux à amplitude constante. Cependant, la fabrication de pièce structurelle fait généralement intervenir des étapes de mise en forme qui ont pour conséquence de modifier l’état du matériau et donc d’impacter les propriétés en fatigue. D’autre part, les chargements en service réellement subi par une telle pièce sont souvent multiaxiaux et d’amplitude variable dans le temps. Cette étude a pour but de prendre compte les notions de multiaxialité et d’effets d’histoire de chargement lors de la caractérisation en fatigue par le biais de mesures d’auto-échauffement sous chargements cycliques. La caractérisation en fatigue multiaxiale fait généralement intervenir un critère de fatigue nécessitant la connaissance de la limite d’endurance du matériau sous sollicitation de cisaillement. Comme cette grandeur est difficile à obtenir pour le cas des produits plats, un nouvel essai de cisaillement et deux géométries d’éprouvette en forme de disque sont proposés, permettant d’utiliser des mesures d’auto-échauffement. Ainsi, la limite d’endurance sous sollicitation de cisaillement a pu être déterminée. Dans le but d’étudier l’impact des effets d’histoire sur les propriétés en fatigue, différents essais d’auto-échauffement ont été réalisés en considérant différents niveaux de pré-déformation plastique initial, différents pré-chargements cycliques et différents rapports de charge. Les résultats obtenus ont permis de proposer un modèle probabiliste à deux échelles permettant d’une part de décrire l’évolution des courbes d’auto-échauffement quel que soit l’effet d’histoire étudié et, d’autre part, de donner une bonne estimation de l’influence de ces effets sur les courbes S-N-P In the automotive industry, rolled steels are widely used to produce constituent parts of a car. The high cycles fatigue properties of these flat steel are usually determined in a virgin state of the material (i.e., without preliminary loading) under uniaxial cyclic loading with a constant stress amplitude. However, production of structural parts mostly involves some forming processes that have for consequence to modify the material state and thus to impact the fatigue properties. Furthermore, operational loads condition actually incurred by such a part is often multiaxial and with variable amplitude. The aim of this study is to take into account multiaxial and load history aspects in the fatigue characterization by means of self-heating measurements under cyclic loading. Multiaxial fatigue characterization usually involves a fatigue criterion that required the endurance limit of the material under a shear loading. But this limit is difficult to obtain for flat steel. That why a new shear test and two new disk-shaped specimens were proposed, permitting the use of self-heating measurements. Thus, the endurance limit of the material under a shear loading was determined. In order to study the impact of load history effects on fatigue properties, various self-heating tests were performed considering several initial pre-straining levels, several cyclic pre-loading and several load ratios. From these results, a new probabilistic two-scale model was proposed capable of describes selfheating curves with any load history considered and provides a reliable estimation of these load history effects on S-N-P curves

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Bahloul, Riadh. "Optimisation du procédé de pliage sur presses de pièces en tôles à haute limite d'élasticité." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001709.

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Abstract:

Les ferrures d'ancrage sont des pièces de sécurité automobile qui doivent résister à des chocs éventuels sans se rompre. Elles sont issues de tôles en acier à Haute Limite Elastique et mises en forme par découpage et pliage. L'étude de leur comportement lors de leur fabrication et des qualités mécaniques qui en résulte a été conduite de manière expérimentale et numérique avec confrontation des résultats pour valider la simulation. L'endommagement apporté au matériau est pris en compte dans les routines utilisateur du code EF Abaqus Standard. C'est une des fonctions objectives intervenant dans l'optimisation de la forme des attaches ainsi que dans l'optimisation du procédé de pliage. Les études sont basées sur des plans d'expériences des représentations approchées par surfaces de réponse et la mise en oeuvre d'un réseau de neurones artificiels. Les fonctions objectives sont les efforts exercés sur le poinçon, les contraintes et le dommage lors de l'opération de pliage. Dans les opérations de dépliage figurant le choc dynamique, les fonctions objectives sont l'effort maximal de dépliage, les contraintes et le dommage. La recherche des optima est faite par la méthode des éléments diffus, les stratégies d'évolution et un calcul global. Les paramètres rayon de matrice et jeu entre la tôle et l'outillage sont optimisés en vue de fournir une pièce la plus résistante possible.

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Ouvrard, Blanche. "Matériaux conducteurs à haute limite d'élasticité dans le système Cu-Mg : élaboration, caractérisation et modélisation." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00926292.

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Abstract:

Les alliages conducteurs à haute tenue mécanique sont utilisés dans de nombreux domaines tels que le transport, l'énergie et l'industrie électronique. La demande en ces matériaux est croissante. Les alliages Cu-Be constituent à l'heure actuelle les matériaux conducteurs les plus résistants mais posent un problème de toxicité et de coût. Pour proposer une alternative à ces derniers, nous avons étudié des alliages Cu-Mg hypo-eutectiques. Deux voies de synthèse ont été utilisées afin d'obtenir des composites endogènes possédant une combinaison originale de propriétés structurelles et fonctionnelles : le refroidissement conventionnel et la solidification rapide par melt-spinning. Les microstructures obtenues ont en commun la présence d'agrégats eutectiques et diffèrent principalement par la dimension des paramètres métallurgiques tels que la taille de grains et la distance interlamellaire. Les systèmes présentent des forces motrices de transformation de phases importantes conduisant à une précipitation au cours d'un maintien thermique. L'investigation des propriétés mécaniques et électriques des alliages Cu-Mg montre que ces dernières égalent celles des alliages Cu-Be. En complément de l'approche expérimentale, nous avons adapté deux modèles : un modèle thermocinétique pour décrire l'évolution temporelle de la microstructure qui a lieu à haute température et un modèle mécanique permettant de rationaliser l'influence des paramètres microstructuraux sur les propriétés mécaniques et électriques.

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Ly, Céline Jérôme Michel. "Caractérisation d'aciers à très haute limite d'élasticité vis-à-vis de la fragilisation par l'hydrogène." S. l. : Ecole centrale de Paris, 2009. http://theses.abes.fr/2009ECAP0004.

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Liu, Shibo. "Numerical and experimental study on residual stresses in laser beam welding of dual phase DP600 steel plates." Thesis, Rennes, INSA, 2017. http://www.theses.fr/2017ISAR0003/document.

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Abstract:

Le procédé de soudage laser est largement utilisé dans les travaux d'assemblage, en particulier, dans ledomaine de l'industrie automobile. L'acier dual phase DP600 est un acier à haute résistance qui permet deréduire le poids de l'automobile dans le cadre de l'allègement des structures. Notre travail s' estessentiellement basé sur l'évaluation des contraintes résiduelles générées dans l'acier DP600 lors du soudagepar laser. Deux approches ont été réalisées. L'approche expérimentale a été réalisée à l'aide de méthodes derayon X et par neutrons pour calculer les contraintes résiduelles. L'approche de simulation a été réalisée parcouplage de différentes formulations numériques.Numériquement, le formalisme de la mécanique continue a été utilisé par des simulations par éléments finis(FEM) pour analyser et évaluer les contraintes résiduelles. Sur la base de tests de traction expérimentaux, lemodèle constitutif élasto-thermo-plastique de l'acier DP600 a été identifié. L'écrouissage du matériau a étéétudié par la loi de Ludwik et de Voce. A partir de résultats experimentaux, un modèle a été proposé et lesrésultats analysés en utilisant une loi de mélange martensite (écrouissage Ludwik) et ferrite (adoucissementde Voce). De même, nous avons étudié la sensibilité à la température en utilisant plusieurs modèles :Johnson-Cook, Khan, Chen. A partir de cette étude, nous avons proposé un modèle de sensibilité à tatempérature. Enfin, un modèle de sensibilité à la déformation plastique, à la vitesse de déformation issu destravaux d'A.Gavrus et un modèle d'anisotropie planaire définit par la théorie de Hill ont été ajoutés.Une méthode d'automate cellulaire (CA) 2D a été programmée pour simuler l'évolution de la microstructurelors de la solification liée au processus de soudage laser. Dans ce modèle, les phénomènes de nucléationavec prise en compte de l'orientation de la croissance, de la concentration et de la vitesse de croissance àl'interface solide/liquide, l'anisotropie de la tension de surface, de la diffusion, ainsi que la fraction desphases en présence ont été pris en compte. De plus, les équations de conservation ont été étudiées en détail etanalysés. Les résultats ainsi que le champ de température issu du modèle FEM ont été importés dans lemodèle CA. En comparant la simulation et les résultats expérimentaux, de bonnes concordances ont ététrouvées.Par la suite, nous avons réalisés un couplage des deux modèles CA et FEM. Concernant le procédé laser, lesrésultats du modèle par éléments finis ont été analysés. La géométrie de l'échantillon, la source de chaleur,les conditions aux limites, le comportement thermo-mécanique de l'acier dual phase DP600 telles que laconductivité, la densité, la chaleur spécifique, l'expansion, l'élasticité et la plasticité sont introduites. Lesmodèles d'analyse du terme d'écrouissage, de la sensibilité à la vitesse de déformation, de la sensibilité à latempérature, de l'anisotropie plastique et de l'anisotropie élastique ont été simulés. Les fractions volumiquesconcernant ta nature des deux phases en présence ont été également étudiées.Les résultats numériques finaux tes contraintes résiduelles ont été étudiées. Les comparaisons avec desmesures experimentales ont montré à la fois quels phénomènes étudiés sont prépondérants et tes effets moinsinfluents sur l'évaluation des contraintes résiduelles. Les résultats tes plus probants ont montré des bonnesconvergences entre l'approche numérique et expérimentale. Ces résultats confortent la robustesse du modèlenumérique developpé Laser welding process is widely used in assembly work of automobi le industry. DP600 dual phase steeis a high strength steel to reduce automobile weight. Residual stresses are produced during laser weldingDP600. Continuum mechanics is used for analyzing res idual stresses by finite element simulation.Based on experimental tensile tests, the DP600 steel constitutive model are identified. The hardening termaccording to Ludwik law, Voce law and a proposed synthesis model are studied. The temperature sensitivityof Johnson-Cook, Khan, Chen and a proposed temperature sensitivity model are investigated. The strain ratesensitivity model proposed by A. Gavrus and planar anisotropy defined by Hi ll theory are also used.Cellul ar Automaton (CA) 20 method are programed for the simulation of solidification microstructureevolution during laser welding process. The temperature field of CA are imported from finite element analysimodel. The analysis function of nucleation, solid fraction, interface concentration, surface tension an isotropy,diffusion, interface growth ve locity and conservation equations are presented in detail. By comparing thesimulation and experimental results, good accordances are found.Modelling by a finite element method of laser welding process are presented. Geometry of specimen, heatsource, boundary conditions, DP600 dual phase steel material properties such as conductivity, density, specifiheat, expansion, elasticity and plasticity are introduced. Models analyzing hardening term, strain ratesensitivity, temperature sensitivity, plastic an isotropy and elastic an isotropy are simulated.The numerical results of laser welding DP600 steel process are presented. The influence of hardening term,strain rate sensitivity, temperature sensitivity and anisotropy on residual stresses are analyzed. Comparisonwith experimental data show good numerical accuracy.Keywords: Laser Welding, DP600, Residual Stress, Cellular Automaton, Hardening, Temperature sensitivity,Strain Rate Sensitivity, Anisotropy, Mixture dual phase law

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Mondière, Aurélien. "Contrôle des propriétés mécaniques de l’acier Ferrium® M54® par la maîtrise de sa microstructure au cours du traitement thermique dans l’optique d’applications aéronautiques." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2018. http://www.theses.fr/2018EMAC0006/document.

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Abstract:

L’acier Ferrium® M54® présente une composition chimique optimisée, basée sur 40 ans d’évolution et de développement des aciers à durcissement secondaire à précipitation de carbures M2C. Le compromis de propriétés Rm/KIC/KISCC obtenu par la nuance M54® permet d’envisager son utilisation dans les trains d’atterrissage d’avions gros porteurs. Cependant, les premiers essais mécaniques, réalisés par l’utilisateur pour la montée en maturité de la nuance, ont montré une variabilité des propriétés mécaniques suivant le traitement thermique appliqué. Ce travail de thèse s’applique donc à décrire les évolutions microstructurales au cours du traitement thermique de la nuance M54® et les impacts sur les propriétés mécaniques en se concentrant notamment sur le traitement par le froid. Les différentes conditions de mise en solution et de revenu testées ont montré une certaine stabilité de la précipitation au revenu et des propriétés mécaniques qui en découlent. La précipitation a été caractérisée à différentes échelles afin de la comparer avec celle issue des nuances de la même famille. En revanche, selon les conditions de traitement par le froid réalisées, la limite d’élasticité varie de manière significative sans qu’aucun des paramètres liés à la précipitation ne soient modifiés. Le taux d’austénite est en revanche un paramètre déterminant pour la limite d’élasticité et est très sensible aux conditions de traitement par le froid : temps et température entre la trempe à l’huile et le traitement cryogénique et température de traitement cryogénique. Un traitement thermique amélioré a ainsi été proposé pour obtenir un taux d’austénite réduit et constant et limiter ainsi les variations de limite d’élasticité Ferrium® M54® steel presents an optimized composition, based on 40 years of research and development on secondary hardening steels. This alloy exhibits an excellent Rm/KIC/KISCC balance that allows considering its use in landing gears applications of wide-body aircrafts in the future. However, initial mechanical tests performed by the end-user have shown variability in mechanical properties depending on the applied heat treatment. The main goal of this work is to describe the microstructural evolutions of the alloy M54® during heat treatment and their impact on the resulting mechanical properties with a specific focus on the effect of the cryogenic treatment.The different austenitizing and tempering conditions investigated have shown a stability of the tempering precipitation and mechanical properties. This precipitation has been characterized at different scales and compared with other grades of the same family. On the other hand, depending on cryogenic treatment conditions, a significant variation of the mechanical properties and in particular of the yield strength is observed without any modification in the precipitation distribution and volume fraction or size. Austenite content is critical for the yield strength and is very sensitive to the cryogenic treatment conditions: time and temperature before cryogenic treatment and temperature of cryogenic treatment. An improved heat treatment to obtain reduced and constant austenite content is proposed

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Rekik, Mahmoud. "Mesure et modélisation du comportement magnéto-mécanique dissipatif des matériaux ferromagnétiques à haute limite élastique sous chargement multiaxial." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014DENS0019/document.

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Abstract:

Les travaux de recherche discutés dans ce manuscrit concernent la conception des générateurs de puissance électrique pour l'aéronautique. L’augmentation de la puissance massique de ces équipements passe par une augmentation des vitesses de rotation, donc une augmentation des contraintes. Un premier point est de s'assurer de la bonne tenue mécanique des matériaux. Un deuxième point est de pouvoir prendre en compte les modifications du comportement magnétique (et donc in fine du couple) lorsqu'ils sont soumis à un état de contraintes multiaxial. L’étude présentée vise en particulier à illustrer l’influence d'états de contraintes biaxiaux sur le comportement magnétique des matériaux constitutifs du rotor. Le défi repose sur la mise en place de méthodes de caractérisation du comportement magnéto-mécanique dissipatif uniaxial et multiaxial des nuances développées par Aperam et utilisées par Thales Avionics pour leurs applications aéronautiques (en FeCo-2V et Fe-3%Si à grains non orientés). Des essais non conventionnels seront effectués sur des échantillons en forme de croix de manière à s'approcher des contraintes réellement subies par le rotor. Les essais sont effectués sur la machine d'essai triaxiale Astrée du LMT-Cachan. L'état de contraintes est estimé par corrélation d'images et par diffraction des rayons X. Des mesures magnétiques anhystérétiques et de pertes d'énergie sous contraintes sont reportées. D'autre part, un modèle multi-échelle multiaxial, décrivant le comportement d’un VER à partir de l'équilibre énergétique à l'échelle microscopique sera présenté. L’approche est fondée sur la comparaison des énergies libres de chaque domaine. Une comparaison probabiliste est faite pour déterminer les variables internes que sont les fractions volumiques des domaines. Différentes stratégies envisageables pour modéliser la dissipation statique seront discutées. Puis nous présentons l’approche magnéto-élastique que nous avons retenue visant à une meilleure considération de l’effet de la contrainte sur le comportement des matériaux ferromagnétiques The research presented in this thesis is motivated by the design of rotors for high speed rotating machines. The increased power density of these devices requires a higher rotation speed, leading to higher levels of centrifugal forces and stress in the rotor. A first point is to ensure good mechanical strength of the materials. A second point is to take into account changes in the magnetic behavior (and ultimately torque) when they are subjected to a multiaxial stress state. The present study aims at exploring the influence of biaxial stress states on the magnetic behavior of the materials of the rotor. The challenge lies in the development of methods for the characterization of the magneto-mechanical dissipative uniaxial and multiaxial behavior of metal sheets developed by Aperam Alloy and used by Thales Avionics for their aeronautical applications (in FeCo-2V and non-oriented Fe-3%Si). Non conventional experiments are performed on cross-shaped samples in order to apply biaxial stress representative of the loadings experienced by rotors of rotating machines. These experiments are performed on a multiaxial testing machine, Astrée. Stress level is estimated thanks to digital image correlation and X-ray diffraction Both anhysteretic and dissipative magnetic responses to magneto-mechanical loadings have been recorded. On the other hand, a multi-scale multiaxial model describing the behavior of a RVE from the energy balance at the microscopic scale is presented. The approach is based on a comparison of the free energy of each domain. A probabilistic comparison is made to determine the volume fraction of domains used as internal variables. Different strategies for modeling the static dissipation are discussed. Then we present the chosen magneto-elastic approach, improving the description of the effect of stress on ferromagnetic materials behavior

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Bourlet, Clément. "Développement de la fabrication additive par procédé arc-fil pour les aciers : caractérisation microstructurale et mécanique des dépôts en nuances ER100 et 316L pour la validation des propriétés d'emploi de pièces industrielles." Thesis, Paris, ENSAM, 2019. http://www.theses.fr/2019ENAM0058.

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Abstract:

L'arc-fil est un nouveau procédé de fabrication additive utilisant une cellule desoudage robotisée pour la fabrication, couche par couche, de pièces de grandes dimensions. Ilpermet de réaliser des ébauches de pièces unitaires ou de petites séries avec des coûts et desdélais de fabrication réduits. Les premiers développements se sont principalement orientés sur laréalisation de pièces à forte valeur ajoutée en alliage de titane et d’aluminium pour le secteuraéronautique et aérospatial, et intéressent maintenant d’autres secteurs tels que les industriesnavales, pétrolières, ferroviaires et mécaniques utilisant des aciers. Ce travail propose uneméthodologie de sélection des paramètres et des stratégies de dépôts, avec le contrôle final despièces fabriquées. Il porte sur deux matériaux : un acier C-Mn à haute limite d’élasticité(ER100) et un acier inoxydable austénitique (316LSi). Le résultat des caractérisations permetd’établir le lien entre les conditions de fabrication, les dimensions géométriques et les propriétésmicrostructurales et mécaniques des pièces obtenues, ce qui conduit au final à une démarchepermettant de faire évoluer le procédé vers l’industrialisation Wire-arc additive manufacturing is a new process using a common weldingrobotic cell to build large parts layer by layer. It allows building rough single pieces orsmall series parts with a low cost and a short delay. First developments were done ontitanium and aluminum parts for aeronautic and space applications, but more industriessuch as maritime, oil and gas, railway…are now interested into it. In this work, amethodology is proposed to define suitable process parameters and deposit’s strategies,with the final control of the elaborated parts. Developments are done on both highstrength steel ER100 and austenitic stainless steel 316LSi. The results of theexperimental characterisation enable to show the relations between the manufacturingconditions, the dimensions, the microstructure and the mechanicals properties of theparts, and finally lead to guidelines to evolve the wire-arc additive manufacturingtowards industrialisation

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Dissertations / Theses on the topic 'Acier à haute limite d'élasticité'

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