Modélisation multi-échelle d un assemblage riveté aéronautique - Vers un modèle de fragilisation structurale
Résumé
As part of crash simulations, one difficulty concerns the representativeness of material and geometrical non-linear behaviours, especially in the jointed areas. For instance, the mechanical ruin of punched plates is not correctly predicted. ln that sense, the aim of this work is to propose a methodology to formalize and characterize a structural embrittlement model, which will en able to model the structural weakening effects of holes in metallic plates at a macroscopic leve!. The structural embrittlement concept is presented in the first part. Coming from the perforations, the structural embrittlement is defined as the inhomogeneous strain field along the future crack path. The local and nominal strain ratio observed along this crack path enables to measure the embrittlement phenomena. ln the second part, the structural embrittlement mechanisms are analyzed from quasi-static experiments undertaken on punched and not punched samples. The embrittlement model is then formalized and a modelling task is carried out for a better understanding of physical basis of this mode!. The third part is devoted to the development of multiscale tool using a Transformation Field Analysis approach in order to characterize the embrittlement mode!. The elastic developments have shown the feasibility of the method. The plastic behaviour is then implemented in the multiscale model and discussed. Finally, the dependency of the structural model to strain rate is studied using dynamic experiments. Sensitive and insensitive materials are investigated.
Dans le cadre de l'étude par éléments finis du crash des structures aéronautiques, la prédiction des modes de ruine engendrés au sein ou au voisinage des assemblages rivetés, telle la déchirure d'une tôle le long d'une ligne de rivets, s'avère, encore aujourd'hui, délicate. Dans ce contexte, une méthodologie permettant la formalisation et la caractérisation d'un modèle de fragilisation structurale est proposée. Ce modèle a pour objectif de simuler la rupture d'une plaque métallique perforée à un niveau macroscopique. La notion de fragilisation structurale est rappelée dans la première partie du mémoire. Engendrée par présence de perforations, celle-ci a une incidence directe sur la tenue mécanique des structures et elle est définie comme la distribution inhomogène des déformations le long du futur chemin de rupture. Le rapport de la déformation locale, observée le long de ce chemin, à une déformation de référence permet d'accéder à une "mesure" particulière de cette fragilisation. Sur la base d'observations expérimentales menées en quasi-statique sur des éprouvettes perforées ou non, le second chapitre tente de proposer un cadre théorique qui permet de mieux comprendre les fondements physiques de l'exercice de modélisation proposé. Le formalisme algébrique de Dvorak est ensuite mis en œuvre dans le troisième chapitre, pour poser les premiers jalons d'une méthode numérique multi-échelle de caractérisation du modèle de fragilisation structurale. Le développement de ce modèle, entrepris dans un premier temps dans le domaine élastique, a permis de démontrer la faisabilité d'une telle approche. Le développement de cette démarche en plasticité est ensuite tenté et discuté. Le quatrième chapitre cherche enfin à étudier l'influence de la dynamique sur le modèle de fragilisation structurale, via une étude expérimentale mettant en œuvre des matériaux sensibles ou non à la vitesse de déformation.