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

Introduction générale
Introduction générale
pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013
Réduction des émissions de CO 2 , réduction de la consommation d’énergie, allégement des
structures, réduction des coûts, facilité de montage et de démontage, amélioration de la
fiabilité, sont quelques-unes des contraintes auxquelles doivent aujourd’hui répondre les
ingénieurs en charge de la conception des produits innovants. L’utilisation des matériaux
multifonctionnels comme les alliages à mémoire de forme permet d’apporter des réponses
pertinentes à la plupart de ces questions. Cependant, l’utilisation de ces matériaux reste
majoritairement confinée à quelques secteurs de haute technologie comme le biomédical,
l’aérospatial et les microsystèmes et cela en dépit de réussites technologiques avérées dans ces
secteurs comme les stents superélastiques en Nitinol, les manchons d’accouplement ou les
micropinces pour ne citer que quelques exemples parmi les plus connus. L’explication de ce
confinement tient davantage aux difficultés d’utilisation de ces matériaux qu’à des questions
de coût ou d’approvisionnement. En effet, contrairement aux matériaux de structure les plus
couramment utilisés, les propriétés des matériaux multifonctionnels ne peuvent pas se
résumer à la connaissance de quelques données élémentaires facilement accessibles à partir
d’essais de caractérisation standards (module d’Young, coefficient de Poisson, limite
élastique, résistance à la rupture) et largement disponibles dans les bases de données utilisées
dans les bureaux d’études. Une solide connaissance des mécanismes à l’origine des propriétés
particulières des matériaux multifonctionnels est encore souvent nécessaire pour utiliser ces
matériaux dans des applications commerciales. Le nombre de personnes disposant de ces
connaissances étant naturellement restreint la diffusion de ces matériaux dans de nouveaux
secteurs industriels s’en trouve fortement ralentie.
Au cours de ces trente dernières années des progrès considérables ont été apportés au
développement de lois de comportement capables de décrire correctement la réponse de ces
matériaux à un chargement donné tout en restant compatible avec une utilisation dans les
codes commerciaux de calcul de structures (Bo et Lagoudas 1999, Bouvet et al. 2004,
Chemisky et al. 2011, Lagoudas et al. 2012, Lexcellent et Leclercq 1996, Panico et Brinson
2007, Saint Sulpice et al. 2009, Thiebaud et al. 2007, Morin et al. 2011). Ces progrès ont mis
à la disposition des concepteurs des outils numériques performants mais sans pour autant
contribuer sensiblement au développement des applications. Le nombre important de
paramètres qu’il est nécessaire d’identifier pour utiliser ces lois et la difficulté de s’assurer de
l’unicité des paramètres identifiés constituent de fait un frein important à leur utilisation. Une
identification complète des paramètres d’un modèle est une tâche ardue et de longue haleine
nécessitant la mise en œuvre de nombreux essais thermomécaniques pas toujours simples à
réaliser. L’importance de la nécessité de disposer d’une méthodologie simple et robuste
d’identification des paramètres de la loi de comportement a été longtemps négligée par la
communauté scientifique œuvrant au développement des matériaux multifonctionnels.
L’objectif de ce travail de thèse consiste à contribuer au développement d’une telle approche
d’identification fondée sur un dialogue essais-calculs, en l’appliquant au comportement
superélastique des alliages à mémoire de forme. Ce travail combine deux expertises présentes
au sein de l’équipe SMART du LEM3, le développement de lois de comportement
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