Virtual Fields Method for the characterization of viscoplastic and damage behaviours from heterogeneous mechanical fields
Méthode des Champs Virtuels pour la caractérisation de comportements viscoplastiques et d'endommagement, à partir de mesures de champs mécaniques hétérogènes
Résumé
The behaviour of materials subjected to high-energy dynamic loadings (impacts, blasts \dots) is usually sensitive to strain-rate (viscoplastic) and/or damage. Conventional procedures for the characterization of corresponding models of behaviour use statically determined tests requiring restrictive hypotheses. So, it is impossible to deal with heterogeneous mechanical fields and the exploitation of tests is limited to small levels of strain. Moreover, several tests have to be performed, at constant strain rate, to characterize viscoplasticity. However, these limitations do not allow to take advantage of the large amount of information available thanks to full-field measurements. One solution is to use statically undetermined tests to deal with heterogeneous fields. Among available tools, the Virtual Fields Method (VFM) has undeniable advantages compared to classic FEMU methods. This study focuses on the development of the VFM for the characterization of Johnson-Cook's viscoplastic model of behaviour. An asset of the VFM is that it makes possible the characterization of the viscoplastic part of the model with only one testing, under dynamic conditions, thanks to a statically undetermined exploitation of heterogeneous strain and strain-rate fields. A short-term prospect is to use the VFM to identify parameters of elastoplastic models of behaviour coupled with damage (e.g. Lemaitre). The feasibility was demonstrated for numerical data.
Le comportement de matériaux subissant des chargements dynamiques à hautes énergies (impacts, explosions \dots) est généralement sensible à la vitesse de déformation (viscoplastique) et/ou à l'endommagement. Les procédures classiques de caractérisation des modèles de comportement associés utilisent des essais statiquement déterminés nécessitant le respect d'hypothèses limitatrices. Ainsi, le traitement de champs mécaniques hétérogènes est impossible, ce qui limite l'exploitation des essais à de faibles gammes de déformations et oblige à réaliser plusieurs tests à vitesse de déformation constante pour la caractérisation de la viscoplasticité. Enfin, ces restrictions empêchent de profiter pleinement de la quantité importante d'information accessible par mesures de champs. Une solution est alors de recourir à des essais statiquement indéterminés, permettant d'exploiter des champs hétérogènes. Parmi les outils disponibles, la Méthode des Champs Virtuels (MCV) présente des avantages certains par rapport aux méthodes classiques de recalage par éléments finis. L'accent est mis dans ces travaux sur le développement de la MCV pour la caractérisation du modèle viscoplastique de Johnson-Cook. Un des grands atouts de la MCV est qu'elle permet de caractériser la partie viscoplastique du modèle à partir d'un unique essai en conditions de chargement dynamiques, grâce à son exploitation statiquement indéterminée de champs de déformations et de vitesses de déformations hétérogènes. Une perspective à court terme, dont la faisabilité est vérifiée sur des tests numériques, est l'identification simultanée par la MCV de paramètres de modèles élastoplastiques endommageables (Lemaitre).
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