Le découpage de tôles minces en alliages de cuivre est un procédé de mise en forme très utilisé pour la fabrication de composants électroniques. Deux aspects permettent la caractérisation du procédé : d'une part, le profil de découpe représente la qualité du produit et d'autre part, l'effort de découpage conduit à la définition de l'outillage (matériaux du poinçon et de la matrice, la vitesse et la puissance des presses, etc.). La modélisation numérique permet d'obtenir des réponses rapides sur les questions concernant ces deux aspects. Au sein de l'équipe modélisation et mise en forme des matériaux du Laboratoire de Mécanique Appliquée R. Chaléat, un code de calcul par éléments finis dédié à la simulation bidimensionnelle du découpage a été développé depuis quelques années (Blankform©).<br />Afin d'obtenir une meilleure prédiction de l'effort de découpage par simulation numérique, notre démarche commence par la caractérisation expérimentale du comportement thermo-élasto-viscoplastique de la nuance de cuivre CuNiP par des essais de traction à températures et à vitesses de déformation imposées. Suite à ces essais, une loi de comportement particulière permettant la prise en compte de la sensibilité du matériau à la vitesse et à la température a été proposée. Après l'implémentation de cette loi dans le code de calcul, l'application du modèle au découpage d'une tôle mince en CuNiP, dans un cadre adiabatique, montre que l'effort maximal de découpage est correctement prédit.<br />Lors d'une opération de découpage, certaines nuances de cuivre, comme le Cua1, présentent un phénomène de recristallisation dynamique. Les essais de traction sur cette nuance nous ont permis de caractériser le comportement mécanique du matériau. Sur cette base spécifique, un modèle de comportement thermo-élasto-viscoplastique avec prise en compte de la recristallisation dynamique a été proposé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. L'application de ce modèle au découpage montre qu'il permet de prédire qualitativement les phénomènes observés expérimentalement pour cette nuance.<br />La modélisation bidimensionnelle du découpage est souvent utilisée pour des empreintes de formes relativement simples. Cependant, pour des formes complexes, il est nécessaire de résoudre le problème par une analyse tridimensionnelle. A partir d'un cas d'étude industriel, une modélisation tridimensionnelle du découpage a été réalisée afin d'étudier l'influence des paramètres technologiques sur la distribution des contraintes et des déformations. Les résultats numériques obtenus corroborent bien les constatations expérimentales en termes de profil de découpe.

L'objectif de la thèse est de développer une méthode éléments finis permettant de rendre compte de l'apparition de zones de localisation de façon indépendante du maillage. Ceci est réalisé par la construction d'éléments finis enrichis capables de reproduire des discontinuités du champ de déplacement. L'approche proposée permet la description du comportement des structures massives par la prise en compte simultanée de deux types de dissipation une dissipation volumique produite à l'échelle de la structure et prise en compte par des modèles continus classiques et une dissipation surfacique produite à l'échelle des bandes de localisation et décrite par l'introduction de champs de déplacement discontinus associés à des lois "discrètes" liant traction et saut de déplacement. Cette approche a été développée et implantée pour des modèles de plasticité (représentation de bandes de cisaillement) et pour des modèles d'endommagement (prise en compte de l'apparition de macro fissures).

L'utilisation de plus en plus massive des outils de simulation numérique dans les domaines de l'ingénierie ont permis de développer la méthode des éléments finis bien au delà du cadre de la mécanique linéaire. Néanmoins, certaines situations comme des problèmes présentant des discontinuités mobiles restent difficilement accessibles. C'est pourquoi on a vu, ces dernières années, se développer la méthode des éléments finis étendus qui permet de rendre de compte de la présence d'une discontinuité grâce à des fonctions d'interpolation enrichies. On propose d'utiliser cette méthode pour simuler numériquement la propagation dynamique des fissures. Pour pouvoir faire évoluer la fissure, on présente une étude de la stabilité et de la conservation de l'énergie des schémas de la famille de Newmark dans le cas où la discrétisation spatiale du problème varie. On met alors en évidence un avantage essentiel de la méthode des éléments finis étendus qui, grâce à une stratégie d'enrichissement appropriée permet d'assurer la stabilité du calcul et la conservation de l'énergie. Les divers exemples présentés permettent de juger de la qualité des résultats obtenus. On propose aussi d'utiliser les techniques de partition de l'unité pour la dimension temps ainsi qu'une utilisation expérimentale des intégrales d'interaction pour l'estimation des facteurs d'intensité des contraintes à partir d'une mesure de champs de déplacement par corrélation d'images numériques.

L'objectif général de cette étude consiste en la meilleure compréhension de l'influence de la microstructure sur les propriétés mécaniques des aluminiures de titane et notamment de leur faible ductilité à température ambiante. Pour cela, une méthodologie de dialogue entre mesures de champs et calculs polycristallins a été développée et analysée en détails. Celle-ci permet une comparaison directe entre les mesures de champs cinématiques à l'échelle des grains et les résultats des calculs par éléments finis sur microstructure réelle en vue de l'identification des coefficients de la loi de comportement cristalline. Ce document présente les résultats d'analyses multi-échelles de quatre alliages de titane-aluminium soumis à des essais de compression en mettant en avant l'influence respective du mode d'élaboration et de la composition chimique sur les mesures de champs cinématiques aux différentes échelles. L'analyse de la propagation de fissures au sein des différentes microstructures est également étudiée à l'aide d'essais de flexion sous microscopie électronique à balayage. Parallèlement à cette étude expérimentale, la validation de la méthodologie permettant un dialogue entre ces mesures et les calculs par éléments finis sur les microstructures associées est en partie validée, en démontrant notamment la suffisance d'un maillage de surface extrudée ainsi que l'utilisation des conditions aux limites expérimentales. L'application de cette méthodologie à l'étude de la propagation de fissure est également étudiée en utilisant, dans les calculs par éléments finis, les modèles de zones cohésives.

Les structures en béton armé sont amenées à répondre à différentes exigences pouvant dépasser la simple résistance mécanique. Pendant le processus de fissuration, les contraintes dans le béton armé sont progressivement redistribuées entre l'acier et le béton via l'interface entre ces deux matériaux. Cette redistribution de contraintes a un impact direct sur l'état de fissuration final et doit donc être prise en compte dans la modélisation. Il existe différents modèles numériques capables de représenter les effets de la liaison acier-béton. Cependant, leur usage est, pour l'instant, incompatible avec les applications concernant les structures de grandes dimensions (difficultés de maillage, coût de calcul...). Dans ce cadre d'application, l'hypothèse de liaison parfaite entre l'acier et le béton (déplacement identique) est donc toujours utilisée. On se propose ici de développer un nouveau modèle éléments finis de liaison acier-béton qui soit à la fois représentatif des phénomènes physiques se produisant à l'interface entre les deux matériaux et compatible avec les contraintes de modélisation des structures de grandes dimensions. Ce travail de thèse se découpe en trois grandes parties : - le développement d'un modèle élément fini de liaison acier-béton adapté aux contraintes de modélisation des structures de grandes dimensions. Ce modèle numérique permet ainsi de tenir compte des interactions mécaniques entre le béton et les armatures d'acier représentées à l'aide d'éléments barres. - la caractérisation du comportement de la liaison acier-béton. Un modèle de loi d'adhérence (évolution de la contrainte d'adhérence en fonction du glissement) basé sur des observations expérimentales (campagne expérimentale de pull-out menée au cours de la thèse et données bibliographiques) est proposé. Il permet en particulier de différencier le cas d'une rupture par arrachement, d'une rupture par éclatement en tenant compte des caractéristiques matériaux et géométriques de la structure. - l'application du modèle proposé à un élément structurel (poutre). Un essai de poutre en flexion quatre points visant à caractériser l'évolution de la fissuration (évolution de l'ouverture de fissure mesurée à l'aide de la technique de corrélation d'images notamment) a ainsi été proposé. Ces résultats ont ensuite été comparés à ceux de simulations numériques tenant compte de la liaison acier-béton d'une part ou de l'hypothèse de liaison parfaite d'autre part. Les deux modélisations donnent une bonne approximation du comportement extérieur de la structure (comportement global et ouvertures de fissure des surfaces extérieures de la poutre). Le modèle de liaison acier-béton apporte cependant une meilleure caractérisation de la phase de fissuration active (apparition des fissures) et modifie plus particulièrement le comportement local de la structure à proximité directe des armatures (limitant le développement de l'endommagement du béton le long des renforts).

Comme son nom l'indique, le tolérancement flexible a pour objectif de tenir compte de la souplesse des pièces dans un processus de tolérancement. Il permet d'évaluer les défauts géométriques admissibles par des critères aussi bien géométriques que mécaniques. Ces travaux abordent en premier lieu l'élaboration de modèles adéquats permettant de prédire le comportement mécanique d'un assemblage de grandes pièces relativement souples lorsqu'elles sont sujettes à des défauts géométriques issues du procédé de fabrication. Une méthode a alors été proposée pour y implémenter des variations géométriques aléatoires réalistes vis-à-vis de ces hypothétiques défauts géométriques. Pour simuler les opérations d'assemblage, le phénomène de contact unilatéral et les variations de rigidité dues aux variabilités géométriques ont été prises en compte. En fonction de ces hypothèses, les stratégies d'analyse de tolérance avec Monte Carlo ou la méthode des coefficients d'influence ont été comparées afin de choisir celle minimisant les coûts de calcul tout en conservant la justesse des résultats. Finalement, ces travaux s'achèvent sur une étude de cas industriel : un treillis supportant des équipements sous le plancher du fuselage d'un Airbus A350.

Lors de l'élaboration de pièces métalliques de grandes dimensions, la présence interne de pores est habituellement observée. Ces défauts internes sont généralement refermés lors des premières passes de transformation à chaud. Il y a cependant à l'heure actuelle un manque de connaissance sur les mécanismes mis en jeu lors de cette refermeture, et par conséquent aucune prédiction précise possible et un taux de rebut assez important. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à mieux comprendre les mécanismes de refermeture en identifiant les paramètres procédés, matériaux et morphologiques clés lors de la refermeture. Ce travail s'est déroulé dans le cadre d'un consortium industriel impliquant six partenaires. La problématique industrielle est donc particulièrement variée en termes de matériaux, de procédés et d'états initiaux de pores.Une étude approfondie des modèles existants dans la littérature est d'abord présentée. Les deux familles d'approches utilisées sont discutées : l'approche explicite en champ complet, et l'approche micro-analytique. Il est montré que ces deux approches ne sont pas suffisantes pour établir un modèle de prédiction dont la précision réponde aux enjeux industriels.Une nouvelle approche est donc proposée dans cette thèse à l'échelle mésoscopique. Les mécanismes de refermeture sont étudiés à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif (VER), permettant une description 3D particulièrement précise des mécanismes locaux, tout en appliquant des conditions aux limites représentatives des états mécaniques mis en jeu à l'échelle macroscopique.Les mécanismes locaux ont été étudiés au moyen d'une vaste campagne de simulations éléments-finis 3D à l'échelle d'un VER. Les paramètres étudiés sont : les paramètres matériaux, la morphologie du pore, et le chargement thermomécanique subit durant la déformation. L'étude a montré que la morphologie et l'état de contraintes sont de premier ordre sur le comportement en refermeture, et que les paramètres matériaux sont de second ordre. Les influences des paramètres de premier ordre ont ensuite été quantifiées afin de proposer un modèle de prédiction de refermeture robuste. La morphologie du pore est exprimée par le biais de ses dimensions équivalentes (rapports d'élongations tridimensionnels) et de son orientation par rapport à la direction principale de déformation. L'état de contraintes est exprimé par le taux de triaxialité des contraintes.Le modèle a finalement été implémenté dans un code éléments finis de mise en forme et une validation sur cas industriels est présentée afin d'évaluer les bénéfices obtenus par ce nouveau modèle par rapport aux modèles de la littérature. Une validation expérimentale a également été menée par le biais d'essais d'écrasements d'échantillons poreux dont l'état de porosité a été mesuré par micro-tomographie aux rayons X avant et après les essais.

Cette thèse présente la modélisation de l'effet magnéto-électrique dans les matériaux composites par la méthode des éléments finis. Les matériaux composites magnéto-électriques sont la combinaison de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs. Les lois de comportement ont été établies en associant les lois de comportement piézoélectrique et magnétostrictive. Le modèle piézoélectrique a été supposée linéaire, contrairement au magnétostrictif qui est non-linéaire. Afin de modéliser des dispositifs dans lequel il y a coexistence d'un champ statique et d'un champ dynamique de faible amplitude, nous avons proposé une étape de linéarisation des lois de comportement. Cette étape consiste à déterminer le point de fonctionnement fixé par le champ statique pour ensuite calculer la variation autour de ce point associée au champ dynamique. Les deux lois de comportement ont ensuite été intégrées dans un code éléments finis 2D. Le code de calcul éléments finis a ensuite été exploité pour différents dispositifs déjà mis en ?uvre expérimentalement dans la littérature. La première application est une inductance variable contrôlée par un champ électrique. Malgré une méconnaissance de certaines valeurs des propriétés des matériaux, le calcul numérique et les résultats expérimentaux sont en bon accord d'un point de vue qualitatif. Les travaux nous ont permis de modéliser des capteurs de champ magnétique. Ces capteurs ont pour but de détecter précisément un champ magnétique statique dans le plan de travail. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a montré à nouveau une bonne concordance qualitative. Quelques améliorations de la structure du dispositif ont été proposées et évaluées à l'aide du modèle développé.

Le sous-marinage, apparaissant lorsque la ceinture pelvienne glisse au-dessus des épines iliaques antérosupérieures (E.I.A.S.) du bassin, est la cause principale des lésions abdominales sévères. Ce phénomène, conditionné par l'angle relatif entre la ceinture pelvienne et le bassin, est fortement lié à la cinématique du bassin au cours du choc. Cette dernière dépend des efforts et moments qui y sont appliqués, provenant principalement de la colonne lombaire, des hanches, du contact avec l'assise du siège ainsi que de la ceinture pelvienne. L'objectif est de caractériser le comportement de la population au regard du sousmarinage. Cela passe par l'identification des paramètres individuels influents sur le phénomène et par l'étude de leur distribution sur la population. Pour cela, neuf essais sur sujets humains post-mortem (S.H.P.M.) ont été effectués dans un environnement simplifié. Trois configurations de choc, chacune testée sur trois sujets, ont été définies. Les résultats ont ensuite servi de base pour la validation d'un modèle éléments finis d'être humain. Le modèle a été amélioré de façon globale vis-à-vis des corridors définis par les réponses S.H.P.M. et personnalisé au niveau de la géométrie, de la répartition des masses et du comportement de la colonne lombaire pour correspondre à chacun des neuf sujets. La personnalisation de ces paramètres a permis de reproduire les comportements observés en essais. Enfin, le modèle a été utilisé dans une étude numérique pour approfondir la compréhension de la cinématique du bassin, d'une part, et identifier les paramètres individuels influençant le sous-marinage, d'autre part. La répartition des masses, la raideur de la colonne lombaire et l'orientation initiale du bassin influencent l'apparition du sous-marinage. L'ouverture des ailes iliaques, la position des E.I.A.S par rapport au point H, la profondeur de l'échancrure iliaque et l'épaisseur des tissus entre le bassin et la ceinture jouent aussi un rôle.

Afin de mieux comprendre et de mieux quantifier la formation des dommages d'impact et leurs conséquences sur la tenue de la structure composite, le recours à la simulation numérique semble être un complément indispensable pour enrichir les campagnes expérimentales. Cette thèse a pour objectif la mise au point d'un modèle d'impact pour la simulation numérique par éléments finis dynamique implicite, capable de prévoir les dommages induits.La première étape du travail a consisté à élaborer un modèle s'appuyant sur le modèle de comportement du pli " Onera Progressive Failure Model " (OPFM) et sur le modèle bilinéaire de zones cohésives proposé par Alfano et Crisfield, puis d'évaluer la sensibilité aux différentes composantes des lois de comportement de la réponse à un impact et des dommages prévus. Des essais d'impact et d'indentation sur des plaques stratifiées en carbone/époxy ont ensuite été réalisés, analysés et enfin confrontés aux résultats numériques, afin d'évaluer les performances à l'impact du modèle OPFM et ses limites.Ces travaux permettent d'aboutir à trois principales conclusions. Premièrement, l'usage de modèles de zones cohésives semble nécessaire pour prévoir la chute de force caractéristique de l'impact sur stratifiés. Deuxièmement, la prise en compte des contraintes hors plan, notamment les cisaillements, est indispensable pour prévoir correctement l'endommagement d'impact. Enfin, si le modèle OPFM est capable de prévoir qualitativement les dommages d'impact, l'absence de caractère adoucissant ou de viscoplasticité semble cependant limiter leur prévision quantitative.