Dialogue essais-simulation et identification de lois de comportement ...

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Conclusion générale pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013 Quelques essais ont été exploités de façon classique, comme des essais homogènes, mais la grande majorité des mesures de déformation a été obtenue en employant les techniques de mesures de champs de déformation par corrélation d’images. L’emploi de la corrélation d’images multiplie les informations expérimentales pouvant être utilisées pour l’identification des paramètres des lois de comportement. Les travaux de cette thèse ont permis de valider les mesures de déformations par corrélation d’images à travers la vitre (verre optique) d’une enceinte thermique. L’analyse des résultats des essais uniaxiaux a confirmé des phénomènes connus tels que : - des pentes élastiques différentes pour la martensite et l’austénite, mais qui varient peu avec la température, - l’augmentation des contraintes de début et de fin de transformation avec la température, - une évolution quasi linéaire de la contrainte avec la déformation pendant la transformation, - une longueur du plateau de transformation indépendante de la température, - la présence d’une dissymétrie entre traction et compression. Les champs de déformation expérimentaux ont montré que la transformation martensitique n’est pas homogène dans la zone calibrée. Des bandes de localisation de la déformation ont été observées au cours des essais de traction effectués dans la direction de laminage. La plus grande surprise est venue de l’importante différence de comportement observée entre les directions de laminage et transverse. Une telle différence est en général associée à la présence d’une texture cristallographique importante. L’utilisation de tôles laminées rend cette hypothèse fort plausible mais l’analyse par diffraction X a montré que la texture des tôles utilisées n’était que très peu marquée. Les essais de traction équibiaxiale et de traction-compression sur éprouvette cruciforme et l’évolution des champs de déformations mesurés pendant ces sollicitations complètent la base de données expérimentales sur le comportement superélastique du matériau étudié. Le deuxième challenge de la thèse portait sur le développement de procédures d’identification des paramètres de lois de comportement fiables et robustes. Dans ce domaine, d’autres travaux réalisés auparavant dans le laboratoire permettaient de présager par avance des difficultés qui seraient rencontrées. Cependant, dans les travaux antérieurs aucun ne portaient sur les modèles développés pour les AMF. De très nombreux modèles phénoménologiques macroscopiques sont présents dans la littérature pour décrire le comportement superélastique des AMF. Le travail mené ici aurait pu l’être sur chacun d’entre eux. Cependant, le travail d’identification nécessite qu’au préalable la loi de comportement ait été implémentée dans un code de calculs par élément finis. C’est pourquoi, le choix de la loi de comportement s’est porté sur la loi de comportement de Chemisky et al. 2011 (Chemisky et al. 2011) disponible au sein du laboratoire et implémenté dans ABAQUS. Avant de développer une nouvelle stratégie d’identification, il est nécessaire de vérifier que les données expérimentales, qui serviront à l’identification, sont sensibles aux paramètres à identifier. Le modèle de Chemisky et al. ne prenant pas en compte que le comportement surperélastique, il a été nécessaire de réécrire les équations en séparant la 222

Conclusion générale superélasticité et la réorientation des variantes. L’analyse de sensibilité, qui a suivi la réécriture des équations, a permis de mettre en évidence le rôle de chacun des paramètres sur les courbes contrainte-déformation. Deux procédures d’identification des paramètres par algorithme inverse, couplant calculs numériques et résultats expérimentaux ont été développées dans le cadre de ce travail. Elles sont basées toutes les deux sur une méthode de minimisation d’une fonction objectif (régularisée ou non), qui est un écart en termes de déformations au sens des moindres carrés. La première procédure est basée sur les courbes contrainte-déformation moyennes sous chargement homogène et unixial, alors que la seconde exploite la richesse des champs de déformations mesurés pendant un essai hétérogène. Dans les deux cas l’accès à des données expérimentales à plusieurs températures est indispensable. Les essais doivent comporter à la fois le chargement et la décharge de l’éprouvette. Les deux stratégies ont permis d’identifier les huit paramètres gouvernant le comportement superélastique du modèle de Chemisky et al. (Chemisky et al. 2011). pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013 Dans la première stratégie, la fonction objectif est construite en termes de déformations longitudinales et transversales et la matrice de sensibilité est calculée analytiquement. La procédure d’identification a abouti à deux jeux de paramètres identifiés, le premier obtenu à partir des courbes de traction dans la direction de laminage et le second dans la direction transversale. Les différences entre les deux jeux de paramètres reflètent naturellement les différences entre les courbes de comportement : des contraintes de début et de fin de transformation ainsi qu’une pente du plateau de transformation plus élevées dans le sens T, une déformation de transformation (longueur du plateau) plus importante dans la direction de laminage. Dans la seconde stratégie d’identification basée sur les résultats des essais de traction hétérogène sur éprouvette entaillée (géométrie Meuwissen), la fonction objectif est construite en termes de déformations longitudinales, transversales et de cisaillement et régularisée par un terme d’efforts à la frontière. La matrice de sensibilité est calculée par différences finies à partir des simulations par éléments finis de l’essai hétérogène. Les différences entre les paramètres identifiés, à partir des essais homogènes ou des essais hétérogènes, engendrent essentiellement un écart sur les valeurs des contraintes de début et de fin de transformation. La longueur et la pente du plateau de transformation ainsi que l’hystérésis sont similaires. Il a été démontré que les écarts peuvent s’expliquer par l’incertitude sur les températures des essais. La seconde stratégie, qui était la plus difficile à mettre en œuvre, profite de la richesse des informations recueillies lors d’un essai hétérogène, c’est à dire de l’hétérogénéité spatiotemporelle des champs de déformations expérimentaux mesurés par corrélation d’images et de la variété des trajets de chargement. Le succès de cette stratégie est très encourageant pour l’identification d’autres paramètres de la loi de comportement et en particulier celle de la surface de début de transformation à partir d’essais biaxiaux. L’utilisation d’essais hétérogènes permet de profiter du caractère multiaxial de la loi de comportement et de la variété des trajets de chargements expérimentaux. L’abondance des données expérimentales, qui comporte toujours une part d’erreur, rend aussi plus incertaine la convergence des 223

Conclusion générale<br />

pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013<br />

Quelques <strong>essais</strong> ont été exploités <strong>de</strong> façon classique, comme <strong>de</strong>s <strong>essais</strong> homogènes, mais la<br />

gran<strong>de</strong> majorité <strong>de</strong>s mesures <strong>de</strong> déformation a été obtenue en employant les techniques <strong>de</strong><br />

mesures <strong>de</strong> champs <strong>de</strong> déformation par corrélation d’images. L’emploi <strong>de</strong> la corrélation<br />

d’images multiplie les informations expérimentales pouvant être utilisées pour<br />

l’<strong>i<strong>de</strong>ntification</strong> <strong>de</strong>s paramètres <strong>de</strong>s <strong>lois</strong> <strong>de</strong> <strong>comportement</strong>. Les travaux <strong>de</strong> c<strong>et</strong>te thèse ont<br />

permis <strong>de</strong> vali<strong>de</strong>r les mesures <strong>de</strong> déformations par corrélation d’images à travers la vitre<br />

(verre optique) d’une enceinte thermique.<br />

L’analyse <strong>de</strong>s résultats <strong>de</strong>s <strong>essais</strong> uniaxiaux a confirmé <strong>de</strong>s phénomènes connus tels que :<br />

- <strong>de</strong>s pentes élastiques différentes pour la martensite <strong>et</strong> l’austénite, mais qui varient peu avec<br />

la température,<br />

- l’augmentation <strong>de</strong>s contraintes <strong>de</strong> début <strong>et</strong> <strong>de</strong> fin <strong>de</strong> transformation avec la température,<br />

- une évolution quasi linéaire <strong>de</strong> la contrainte avec la déformation pendant la transformation,<br />

- une longueur du plateau <strong>de</strong> transformation indépendante <strong>de</strong> la température,<br />

- la présence d’une dissymétrie entre traction <strong>et</strong> compression.<br />

Les champs <strong>de</strong> déformation expérimentaux ont montré que la transformation martensitique<br />

n’est pas homogène dans la zone calibrée. Des ban<strong>de</strong>s <strong>de</strong> localisation <strong>de</strong> la déformation ont<br />

été observées au cours <strong>de</strong>s <strong>essais</strong> <strong>de</strong> traction effectués dans la direction <strong>de</strong> laminage.<br />

La plus gran<strong>de</strong> surprise est venue <strong>de</strong> l’importante différence <strong>de</strong> <strong>comportement</strong> observée entre<br />

les directions <strong>de</strong> laminage <strong>et</strong> transverse. Une telle différence est en général associée à la<br />

présence d’une texture cristallographique importante. L’utilisation <strong>de</strong> tôles laminées rend<br />

c<strong>et</strong>te hypothèse fort plausible mais l’analyse par diffraction X a montré que la texture <strong>de</strong>s<br />

tôles utilisées n’était que très peu marquée.<br />

Les <strong>essais</strong> <strong>de</strong> traction équibiaxiale <strong>et</strong> <strong>de</strong> traction-compression sur éprouv<strong>et</strong>te cruciforme <strong>et</strong><br />

l’évolution <strong>de</strong>s champs <strong>de</strong> déformations mesurés pendant ces sollicitations complètent la base<br />

<strong>de</strong> données expérimentales sur le <strong>comportement</strong> superélastique du matériau étudié.<br />

Le <strong>de</strong>uxième challenge <strong>de</strong> la thèse portait sur le développement <strong>de</strong> procédures d’<strong>i<strong>de</strong>ntification</strong><br />

<strong>de</strong>s paramètres <strong>de</strong> <strong>lois</strong> <strong>de</strong> <strong>comportement</strong> fiables <strong>et</strong> robustes. Dans ce domaine, d’autres<br />

travaux réalisés auparavant dans le laboratoire perm<strong>et</strong>taient <strong>de</strong> présager par avance <strong>de</strong>s<br />

difficultés qui seraient rencontrées. Cependant, dans les travaux antérieurs aucun ne portaient<br />

sur les modèles développés pour les AMF.<br />

De très nombreux modèles phénoménologiques macroscopiques sont présents dans la<br />

littérature pour décrire le <strong>comportement</strong> superélastique <strong>de</strong>s AMF. Le travail mené ici aurait pu<br />

l’être sur chacun d’entre eux. Cependant, le travail d’<strong>i<strong>de</strong>ntification</strong> nécessite qu’au préalable<br />

la loi <strong>de</strong> <strong>comportement</strong> ait été implémentée dans un co<strong>de</strong> <strong>de</strong> calculs par élément finis. C’est<br />

pourquoi, le choix <strong>de</strong> la loi <strong>de</strong> <strong>comportement</strong> s’est porté sur la loi <strong>de</strong> <strong>comportement</strong> <strong>de</strong><br />

Chemisky <strong>et</strong> al. 2011 (Chemisky <strong>et</strong> al. 2011) disponible au sein du laboratoire <strong>et</strong> implémenté<br />

dans ABAQUS. Avant <strong>de</strong> développer une nouvelle stratégie d’<strong>i<strong>de</strong>ntification</strong>, il est nécessaire<br />

<strong>de</strong> vérifier que les données expérimentales, qui serviront à l’<strong>i<strong>de</strong>ntification</strong>, sont sensibles aux<br />

paramètres à i<strong>de</strong>ntifier. Le modèle <strong>de</strong> Chemisky <strong>et</strong> al. ne prenant pas en compte que le<br />

<strong>comportement</strong> surperélastique, il a été nécessaire <strong>de</strong> réécrire les équations en séparant la<br />

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