Ce travail de recherche, réalisé au sein de deux laboratoires (LPMM à l'ENSAM de Metz et LPMTM à l'Université Paris 13), se propose d’étudier l'anisotropie plastique des tôles métalliques lors d'opérations de mise en forme. Les applications visées sont la prédiction, au moyen de la simulation numérique du procédé, de l'anisotropie plastique initiale et son influence sur le comportement global de la tôle. Une anisotropie qui se manifeste lors de l'opération de mise en forme par l'apparition d'ondulations aux bords de la tôle. A cette fin, toute une classe de potentiel plastique a été introduite. Des potentiels écrits dans le cadre d'une approche dite duale (moins couramment utilisée) où la grandeur introduite est le taux de déformation plastique, contrairement à l'approche classique (largement utilisée) où le critère est défini en contrainte. De plus, l'écrouissage du matériau a été pris en compte à travers l'introduction de variables internes. Toute une étude à été consacrée à l'identification des différents critères introduit en ce basant sur des données expérimentales, ainsi qu'à celles issus de la mesure de texture du matériau. Les matériaux étudiés à cet effet sont des nuances d'acier et des alliages d'aluminium. Deux stratégies d'identification ont été explorées afin de s'assurer de la bonne détermination des paramètres du modèle de comportement. Pour permettre l'exploitation des différent critères dans le cadre de la simulation numérique des procédés de mise en forme, une implantation numérique robuste et efficace a été réalisée dans un code de calcul par éléments finis. Une routine de résolution du comportement suivant un schéma d'intégration implicite a été développée afin d'obtenir une bonne précision des calculs. La modélisation a d'abord été appliquée à la prédiction de cœfficients d'anisotropie. Cette étude a mis en évidence la capacité de chaque critère à reproduire les fortes anisotropies de plasticité. Par la suite, l'application de cette modélisation à l'étude des cornes d'emboutissage a été réalisé et a permis concrètement de voir les effets du potentiel sur le nombre de cornes formés, ainsi que sur leur degré de prononciation. Une corrélation entre les coefficients de Lankford et les cornes d'emboutissage a été établie / This research work, realized in two laboratories (LPMM of ENSAM of Metz and LPMTM of Paris 13 university) proposed to study the plastic anisotropy of sheet metals during forming operations. The applications in mind concern the prediction, through the forming process numerical simulation, of the initial plastic anisotropy and its influence on the global behaviour of the sheet. An anisotropy that manifest, during forming operation, by the apparition of undulations on the sheet edge. To do this, a class of strain rate potential has been introduced. Potential written in the frame of so called dual approach (less commonly used), where the introduce variable is the plastic strain rate, contrary to the classical approach (commonly used), where the criterion is defined with stress tensor. In addition, the material work-hardening has been considered by introducing internal variables. A large study has been devoted to the identification of the different criteria introduced, basing on the experimental data, as well as those of material texture measure. The materials under study are some steel grades and aluminium alloys. Different identification strategies have been investigated, in order to insure of the good determination of the behaviour model parameters. To allow the exploitation of the different criteria in the frame of the forming process simulation, a robust and efficient computer implementation has been performed in a finite element code. A solver routine following implicit time integration scheme has been developed in order to obtain a good accuracy. The modelling has been applied to the prediction of anisotropic coefficient. This study highlighted the capability of each criterion to reproduce the strong plastic anisotropies. Then, the application of this modelling to the study of deep drawing corns has been realized and allowed to show the effects of the criterion on the number of the formed corns as well as there pronunciation degree. A correlation between the Lankford coefficient and the deep drawing corns has been established

La rupture ductile des alliages métalliques survient suite à la nucléation, la croissance et la coalescence de microcavités. La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des effets de forme et d'anisotropie plastique sur la phase de croissance des cavités. Dans un premier temps, nous implémentons numériquement le modèle de croissance de Madou et Leblond pour des cavités ellipsoïdales générales plongées dans un matériau isotrope dans un code de calcul par éléments finis, afin d'appliquer le modèle à des cas de rupture où les effets de forme sont importants. On montre que la prise en compte des effets de forme des cavités est nécessaire afin de reproduire la rupture ductile en cisaillement. Ce modèle est ensuite étendu au cas de l'anisotropie plastique, en s'inspirant des travaux de Monchiet et Benzerga. On dérive notamment un critère de plasticité macroscopique pour les matériaux anisotropes contenant des cavités ellipsoïdales générales, que nous validons par analyse limite numérique. La seconde partie de la thèse est dédiée à l'étude des effets de taille sur la rupture ductile des matériaux nanoporeux contenant des cavités sphériques ou sphéroïdales. Enfin, la troisième partie de la thèse est consacrée à l'étude des effets de forme et d'anisotropie plastique sur la phase de coalescence des cavités. Nous dérivons deux nouveaux critères de coalescence en couche que nous validons par analyse limite numérique. Cette étude nous permet de développer un nouveau critère permettant d'unifier les phases de croissance et coalescence. Enfin nous dérivons un critère de coalescence pour les matériaux anisotropes. / Ductile fracture of metallic alloys occurs by the nucleation, growth and coalescence of microvoids. In a first step, we study the influence of void shape effects and plastic anisotropy on the growth phase. we implement numerically in a finite element code the void growth model of madou and leblond for ellipsoidal voids embedded in an isotropic material, in order to apply the model to ductile fracture problems involving important void shape effects. We show that the consideration of void shape effects is necessary in order to reproduce shear-dominant ductile fracture. This model is then extended to plastic anisotropy, in the spirit of the models of monchiet and benzerga. In particular, we derive a macroscopic criterion for anisotropic materials containing general ellipsoidal voids, which is assessed by finite element limite analyses. In a second step, we study the effects of void size on the ductile fracture of nanoporous materials contenant spherical or spheroidal voids. The last part of the thesis is dedicated to the study of void shape effects and plastic anisotropy on the coalescence phase. We derive two new criteria of coalescence by internal necking, which are assessed numerically. Then, we derive a new criterion that permits to unify the growth and coalescence phases. Finally we study the influence of plasticy anisotropy on coalescence by internal necking.

L'objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension de l'influence de la microstructure sur l'anisotropie plastique et la ténacité de deux nuances d'alliage Al-Cu-Li 2198 sous forme de tôle. L'épaisseur de tôles est 2 mm et 6 mm. Deux traitements thermiques (T351 et T851) ont été étudiés pour chaque nuance. Différentes techniques de caractérisation multi-échelles telles que la microscopie optique, la microscopie électronique en transmission ou encore la tomographie à rayons X ont été utilisées pour identifier les microstructures des matériaux et les micro-mécanismes d'endommagement. L'anisotropie plastique et l'effet d'épaisseur sur la plasticité ont été étudiés via des essais de traction sur les éprouvettes lisses et entaillées selon différentes directions. Les résultats montrent que le comportement plastique est anisotrope dans le plan de tôle. Le comportement en déchirure ductile a été examiné en utilisant des éprouvettes de petite taille de type Kahn ainsi que des plaques larges de type M(T). L'anisotropie de ténacité a été étudiée sur les éprouvettes chargées selon différentes configurations. La fractographie par microscope électronique à balayage (MEB) et la tomographie synchrotron aux rayons X ont clarifié le rôle des structures granulaires et des traitements thermiques sur les mécanismes de la rupture inter-granulaire et trans-granulaire. La croissance de cavités reste limitée dans la zone de propagation de fissure. En fin, la simulation de la déchirure ductile par élément finis est basée sur l'approche locale de la rupture en utilisant un modèle de zone cohésive (CZM). Les paramètres cohésifs ont été ajustés sur les éprouvettes Kahn. Les paramètres identifiés ont été employés pour prédire la déchirure ductile des essais M(T). Les résultats montrent que la simulation des essais M(T) est plus sensible aux valeurs des paramètres ajustés que la simulation des essais Kahn. L'effet d'épaisseur a été évalué à l'aide de la technique de relâchement des nœuds en analysant la variation de la contrainte et de la déformation dans la direction de l'épaisseur.

La détermination précise du comportement plastique des tôles métalliques anisotropes est un élément clé d'une simulation numérique fiable des procédés de mise en forme par emboutissage. Dans cette étude, nous avons mis au point une procédure d'identification paramétrique d'un modèle de surface de plasticité anisotrope à 8 paramètres, qui s'appuie sur des essais classiques de traction uniaxiale selon différentes orientations de l'éprouvette, mais aussi sur des essais de traction biaxiale hétérogènes. Ces derniers ont d'abord nécessité la conception de 2 types d'éprouvettes cruciformes qui, sollicitées en traction biaxiale, sont soumises à des champs de déformation couvrant le domaine allant de la traction uniaxiale à la traction équibiaxiale. L'analyse des essais de traction permet tout d'abord de déterminer les paramètres d'écrouissage ainsi que certains des paramètres de la fonction de charge liés à l'anisotropie en déformation et l'anisotropie en contrainte des matériaux. Les autres paramètres de la fonction de charge, qui interviennent dans la définition de la forme de la surface de plasticité dans le domaine de l'expansion, sont ensuite obtenus à l'aide d'une méthode d'identification minimisant l'écart entre les champs de déformation obtenus expérimentalement par une méthode d'analyse d’images, et ceux déterminés par simulation des essais à l'aide d'un code de calcul par éléments finis. La procédure d'identification a été appliquée à deux nuances d'aciers pour emboutissage, un acier inoxydable AISI304, et deux alliages d'aluminium. Les résultats montrent la grande sensibilité de la méthode d'identification proposée. Des essais de validation sont également présentés / The precise determination of the plastic behaviour of anisotropic sheet metals is a key element for obtaining reliable results in numerical simulations of forming processes. In this study, an identification procedure has been developed using an 8- parameter yield surface model. The procedure is based on the analysis of both classical uniaxial tension tests performed along different directions, and heterogeneous biaxial tensile tests. Two types of cruciform specimens have been designed to this end. Under biaxial stretching, the specimens are submitted to strain fields covering the range from uniaxial tension to equibiaxial tension. First, the analysis of uniaxial tensile tests allows us to determine strain-hardening parameters, and yield function parameters related to strain- and stress-anisotropy. Then, the other yield function parameters defining the shape of the yield surface in the biaxial stretching range are obtained using an identification procedure which minimizes the difference between strain fields obtained experimentally by an image correlation method, and strain fields determined by numerical simulations using a finite element code. The identification procedure has been applied to 2 steels of deep-drawing quality, an AISI304 stainless steel and two aluminium alloys. The results display the high sensitivity of the proposed identification method. Validation tests are also presented