Les châssis automobiles sont composés en majorité de pièces mécano-Soudées soumises à deschargements multiaxiaux complexes. Par leur géométrie particulière et les transformations induites par leprocédé de fabrication, les joints soudés sont des sites privilégiés d’amorçage et de propagation de fissures enfatigue. Une méthode de calcul fiable et maniable représente un enjeu majeur pour l’industrie automobile, carelle permet de détecter les points critiques dès la phase d’avant projet, d’éviter le surdimensionnement et deréduire le nombre des prototypes physiques.Afin de découpler les incertitudes et permettre l’analyse isolée des effets induits par le chargementmultiaxial lui-Même et par les caractéristiques particulières du joint soudé, cette étude est divisée en deux parties.La première partie se concentre sur le chargement multiaxial complexe. Le comportement d’un « matériauécole », l’acier C35, est étudié sous spectre de chargement de type « automobile ». Différentes méthodes deprévision de la durée de vie sont ensuite comparées sous deux critères : la qualité de prédiction et la simplicitéd’utilisation. La deuxième partie est centrée sur l’étude du comportement des assemblages soudés et lasimulation de leur durée de vie. Pour ce faire, une éprouvette représentative des pièces de liaison au sol et duprocédé de fabrication a été conçue. L’étude micrographique de l’assemblage combinée à des essais instrumentésa permis de construire un modèle EF représentatif de la structure. Deux modes de sollicitation sont utilisés lorsdes essais de fatigue dans le but d’activer différents mécanismes de dommage en amplitude constante et enspectre « automobile ».Finalement, la méthodologie « Weld Stress Gradient » est proposée pour intégrer l’effet du gradient decontraintes en proximité des points critiques du joint soudé au calcul de fatigue. Cette méthodologie, associée aucritère de Vu (prise en compte du chargement complexe) et à la règle de cumul de dommage non linéaire« DCA » (prise en compte de l’interaction entre les blocs de chargement du spectre), permet d’obtenir desrésultats encourageants pour l’assemblage étudié. / Automotive chassis are composed mostly of welded parts subjected to complex multiaxial loadings.Welds are potential sites to initiation and propagation of fatigue cracks because of their particular geometry andtransformations induced by manufacturing process. A reliable and tractable fatigue design methodology is achallenge for automotive industry designers because it allows detecting the critical points from the upstreamphase, avoiding oversizing and reducing the number of physical prototypes.This study is divided into two parts allowing the distinction of effects induced by multiaxial loadingsand particular characteristics of the welded joints. The first part focuses on the complex multiaxial loading. Thebehavior of a “well known material”, the 1045 steel, is studied under "automobile" spectrum loading. Differentfatigue life prediction methods are compared under two criteria: quality of prediction and simplicity of use. Thesecond part focuses on the study of behavior and fatigue life simulation of welded structures. To achieve thisgoal, a representative specimen of chassis parts and manufacturing process has been designed. A representativeFE model is constructed, based on micrographic observations and instrumented tests. Two loading modes areused in fatigue tests in order to activate different damage mechanisms at constant amplitude and under"automobile" spectrum.Finally, the methodology "Weld Stress Gradient" is proposed to incorporate in fatigue analysis theeffect of the stress gradient at the vicinity of weld joints critical points. This methodology, combined with Vucriterion (taking into account complex loadings) and "DCA" nonlinear cumulative damage rule (taking intoaccount interaction between spectrum loading blocks), provides encouraging results for the studied specimen.

Ce travail de thèse vise à une meilleure compréhension et prise en compte des mécanismes d'endommagement ductile au cours des procédés de mise en forme à froid. Le tréfilage, le laminage de fils et le laminage à pas de pèlerin sont pris comme exemples d'application. Une grande attention est portée également à la méthodologie d'identification des paramètres des modèles d'endommagement implémentés. Trois approches de l'endommagement ductile ont été étudiées : des critères de rupture phénoménologique, des modèles phénoménologiques couplés et des modèles micromécaniques. Ces modèles ont été implémentés dans Forge®, et les algorithmes ont dû être adaptés à sa formulation mixte vitesse-pression et à son élément fini (P1+/P1). Parallèlement aux développements numériques, différents essais mécaniques ont été effectués sur trois matériaux différents (acier haut carbone, acier inoxydable et alliage de zirconium) pour identifier les paramètres des modèles d'écrouissage et d'endommagement. Des essais de traction in situ sous micro-tomographie aux rayons X ont été exploités pour l'identification des mécanismes d'endommagement ductile (germination, croissance et coalescence), ainsi que l'identification du modèle micromécanique. Enfin, la dernière partie de ce travail a consisté à réaliser des études comparatives de ces différents modèles d'endommagement pour les différents procédés de mise en forme et différents matériaux. Concernant le tréfilage et le laminage de l'acier inoxydable, un bon accord entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux a été obtenu. Pour l'acier à haute teneur en carbone (perlitique), le modèle micro-mécanique GTN a donné le meilleur résultat à la fois qualitativement et quantitativement pour le tréfilage ultime. Par ailleurs, la comparaison entre les différents modèles sur différents procédés (laminage du fil avec l'acier haut carbone, laminage à pas de pèlerin avec l'alliage de zirconium) a aidé d'une part à mettre en évidence le rôle important du troisième invariant de la contrainte déviatorique sur la localisation de l'endommagement dans les procédés de mise en forme où le cisaillement est dominant. D'autre part, elle montre que le processus d'identification lui-même devrait se fonder sur la mesure de la microstructure afin de garantir un résultat précis lors de l'application aux procédés. / The present PhD thesis aims at a better understanding and modeling of ductile damage mechanisms during cold forming processes, with wire drawing, rolling and cold pilgering as examples. In addition, special attention is paid to implemented damage models parameters identification methodology. All three approaches of ductile damage were investigated: uncoupled phenomenological fracture criteria; coupled phenomenological models; micromechanical model. These models have been implemented in Forge®, which required adaptation of algorithms to its mixed velocity-pressure formulation and to its finite element (P1+/P1). Parallel to the numerical work, various mechanical tests on three different materials (high carbon steel, stainless steel and zirconium alloy) were carried out for work hardening, and damage models parameters identification. In situ X-ray micro-tomography tensile tests have also been exploited for the identification of ductile damage mechanisms (nucleation, growth and coalescence) as well as the identification of micromechanical model. Finally, we carried out comparative studies of these models on our three abovementioned forming processes and materials. Regarding wire drawing and rolling of stainless steel, good agreement between numerical simulations and experimental results was found. For high carbon perlitic steel ultimate wire drawing, the GTN micro-mechanical model has given the best result, both qualitatively and quantitatively. Moreover, the comparison of the different models on different processes (wire rolling on high carbon steel, cold pilgering on zirconium alloy) highlights on the one hand the important role of the third deviatoric stress invariant in damage localization for shear-dominated forming processes. It shows on the other hand that the identification process itself should be based on microstructure measurements to provide accurate results in forming application.

Ce mémoire présente une analyse de la réponse tribologique d’un contact cylindre/plan soumis à des sollicitations de fretting sous chargement complexe, à savoir une sollicitation normale de force sinusoïdale et une sollicitation tangentielle de déplacement sinusoïdal, toutes deux possiblement sujettes à des fluctuations d'amplitude, de fréquence et de déphasage entre sollicitations. On s'intéresse plus particulièrement à l’usure des guides de grappe en 304L par les crayons en 316L nitrurés, induite par les vibrations de l’écoulement du fluide primaire dans les réacteurs nucléaires.L’étude expérimentale menée dans un environnement non représentatif mais très simple, à savoir un milieu sec et à l'ambiante, montre une usure non négligeable des deux contre-corps ce qui révèle les propriétés fragiles du tube nitruré dans cet environnement. Une très forte dépendance des faciès d’usure avec l’amplitude de glissement est notée. Seule la cinétique d’usure du tube nitruré est influencée par l'évolution de la charge normale. Aussi, une description analytique de l’énergie de frottement est développée, en prenant compte de l’ensemble des paramètres de chargement.En solution aqueuse lithium-bore, choix de milieu un peu plus représentatif mais en restant néanmoins à l'ambiante, seul le plan en acier 304L s’use, le cylindre en acier 316L nitruré n’étant pas sujet à de l'usure détectable. Un couplage avec des phénomènes corrosifs est proposé. En fretting simple, le confinement du contact augmente localement la valeur du pH et l’analyse de l’influence de la fréquence de fretting suggère que seule la couche passive est usée entre chaque glissement. Sous chargement complexe, la fluctuation de la charge normale permet une meilleure accessibilité de la solution dans l’interface frottée, augmentant localement les effets tribocorrosifs. Une loi d’usure multiplicative prenant en compte les différents effets de fluctuation des sollicitations est introduite et sa stabilité est vérifiée.Un modèle de calculs par éléments finis permet de simuler les profils d’usure en fretting simple et aussi en présence de force normale variable. En fretting simple, les résultats de simulation d'essais où seul le plan 304L s'use sont satisfaisants. En revanche, la non-superposition des profils expérimentaux et numériques lorsque la force normale fluctue confirme la présence de phénomènes physiques dans l'interface non encore représentés dans l'outil numérique. / This PhD thesis presents an analysis of the fretting wear of a cylinder/plane contact subject to complex loading conditions, namely a normal sinusoidal force solicitation and a tangential sinusoidal displacement, both possibly subject to fluctuations in amplitude, frequency and phase shift between signals. The purpose of this work is to study the wear of 304L cluster guides by nitrided 316L rods due to flow-induced vibrations of primary fluid in nuclear reactors.Firstly, the experimental study conducted in a dry and ambient temperature - a non-representative but very simple environment - shows significant wear of both counter-bodies, which reveals the fragile properties of the nitrided tube in this environment. A very strong dependence of the fretting scar morphology with the sliding amplitude is noted. Only the wear kinetics of the nitrided tube is influenced by the evolution of the normal load. Also, an analytical description of friction energy is developed, taking into account all loading parameters.In a second hand, in aqueous lithium-boron solution, a slightly more representative choice of medium but still remaining in the ambient, only the 304L steel plane wears out, the 316L nitrided steel cylinder is not subject to detectable wear. A coupling with corrosive phenomena is proposed. In simple fretting, contact confinement locally increases the pH value. Moreover, the analysis of the influence of the fretting frequency suggests that only the passive layer is worn between each slip. Under complex loading, the fluctuation of the normal load allows a better accessibility of the solution in the rubbed interface, increasing locally the tribocorrosive effects. A multiplicative wear law taking into account the various effects of normal force fluctuation is introduced and its stability is checked.Finally a finite element calculation model is used to simulate wear profiles in simple fretting and also in the presence of variable normal force. Only cases where the plan wears out (lithium-boron environment) have been simulated. In simple fretting, test simulation results are satisfactory. On the other hand, the non-superposition of the experimental and numerical profiles when the normal force fluctuates, confirms the presence of physical phenomena in the interface which are not yet represented in the numerical tool.

Ce travail de thèse vise à une meilleure compréhension et prise en compte des mécanismes d'endommagement ductile au cours des procédés de mise en forme à froid. Le tréfilage, le laminage de fils et le laminage à pas de pèlerin sont pris comme exemples d'application. Une grande attention est portée également à la méthodologie d'identification des paramètres des modèles d'endommagement implémentés. Trois approches de l'endommagement ductile ont été étudiées : des critères de rupture phénoménologique, des modèles phénoménologiques couplés et des modèles micromécaniques. Ces modèles ont été implémentés dans Forge®, et les algorithmes ont dû être adaptés à sa formulation mixte vitesse-pression et à son élément fini (P1+/P1). Parallèlement aux développements numériques, différents essais mécaniques ont été effectués sur trois matériaux différents (acier haut carbone, acier inoxydable et alliage de zirconium) pour identifier les paramètres des modèles d'écrouissage et d'endommagement. Des essais de traction in situ sous micro-tomographie aux rayons X ont été exploités pour l'identification des mécanismes d'endommagement ductile (germination, croissance et coalescence), ainsi que l'identification du modèle micromécanique. Enfin, la dernière partie de ce travail a consisté à réaliser des études comparatives de ces différents modèles d'endommagement pour les différents procédés de mise en forme et différents matériaux. Concernant le tréfilage et le laminage de l'acier inoxydable, un bon accord entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux a été obtenu. Pour l'acier à haute teneur en carbone (perlitique), le modèle micro-mécanique GTN a donné le meilleur résultat à la fois qualitativement et quantitativement pour le tréfilage ultime. Par ailleurs, la comparaison entre les différents modèles sur différents procédés (laminage du fil avec l'acier haut carbone, laminage à pas de pèlerin avec l'alliage de zirconium) a aidé d'une part à mettre en évidence le rôle important du troisième invariant de la contrainte déviatorique sur la localisation de l'endommagement dans les procédés de mise en forme où le cisaillement est dominant. D'autre part, elle montre que le processus d'identification lui-même devrait se fonder sur la mesure de la microstructure afin de garantir un résultat précis lors de l'application aux procédés.

Le but de cette étude est d'étudier le renforcement des sols par inclusions rigides sous chargement complexe et cyclique. L'effet de certains paramètres liés à la définition d’un chargement complexe et cyclique sur le comportement du système est mis en évidence.Du point de vue des chargements statiques complexes, des semelles de fondation posées sur un sol compressible renforcé par inclusions rigides sans matelas soumis à des charges centrées, excentrées verticales et horizontales et à quelques cycles de charge ont été étudiées. Des approches numériques et expérimentales sont présentées. Les résultats des mesures expérimentales et numériques permettent de mettre en évidence le comportement de ces systèmes en termes de contrainte sur la tête d'inclusion et sur le sol compressible, de déplacements verticaux et latéraux de la semelle et du déplacement latéral de l'inclusion. L'efficacité de la semelle renforcée est comparée à celle d’une semelle non renforcée.Une modélisation 3D de solutions de fondations pour les éoliennes est étudiée. La combinaison d’un chargement vertical et de différents moments appliqués à la fondation est prise en compte. Le sol compressible renforcé par inclusions rigides est considéré comme une option qui est comparée à d’autres solutions plus classiques (fondation superficielle et radier sur pieux). Les résultats obtenus permettent de présenter l’impact sur le tassement du sol, la rotation de la fondation, les efforts axiaux et les moments fléchissants dans les inclusions rigides. Les résultats numériques indiquent enfin que la technique d'amélioration du sol par inclusions rigides peut être une solution appropriée pour les fondations d'éoliennes.En ce qui concerne les aspects cycliques, trois points principaux sont abordés. Dans un premier temps, la modélisation numérique d’essais en laboratoire d’un renforcement de sol par inclusions rigides soumis à des chargements monotones et des cycles limités de chargement mise en œuvre. Le modèle hypoplastique (HYP) est utilisé pour modéliser le comportement de la plate-forme de transfert de charge. Les résultats numériques sont validés à la fois par rapport aux données expérimentales et numériques de Houda (2016). L'influence des conditions aux limites et de l'état du sol compressible est mise en évidence. Les résultats numériques indiquent qu'il est possible de considérer le comportement cyclique du sol renforcé par inclusions rigides en utilisant le modèle HYP.Dans un second temps, un remblai renforcé par des inclusions rigides sous un nombre élevé de chargement cyclique est étudié. Deux niveaux de complexité différents pour le modèle constitutif (HYP et le modèle élastique linéaire parfaitement plastique avec un critère de rupture de type Mohr-Coulomb) ont été pris en compte pour étudier le comportement de la LTP et analyser le comportement cyclique du système. Le modèle HYP est proposé pour la suite des études car il permet de bien capturer la décroissance et l’accumulation des tassements avec le nombre de cycles de charge. L'effet des paramètres qui sont le nombre de cycles de charge, l'amplitude et la fréquence (induite par la vitesse du trafic) et la hauteur du remblai est également présentée.Finalement, une étude sur la réponse cyclique d'un remblai de GRPS est menée. En comparant le remblai renforcé par des géosynthétiques (GRPS) avec le remblai renforcé par inclusions (PE), le rôle du géosynthétique est mis en évidence sous des chargements statiques et cycliques. L'influence du nombre de cycles de chargement et du nombre de géosynthétiques sur l'effet de voute et les tassements cumulés est également discutée. / The aim of the study is to investigate the soil improvement by rigid inclusions under complex and cyclic loadings, and to highlight the effect of some parameters related to complex and cyclic loading on the system behavior.Concerning the static complex loading, footings over rigid inclusion-reinforced soil without mattress subjected to centered, eccentrically vertical and horizontal loads, and load cycles are first studied. Numerical and experimental approaches are presented. Monitored and numerical results permit to show the behavior of these reinforced systems in terms of stresses on the inclusion head and soft soil, vertical and lateral displacements of the footings and lateral displacement of the inclusions. The efficiency of the reinforced footing is also presented and compared to the unreinforced one.A 3D modeling of the foundation solutions for wind turbines is presented. The combination of vertical loading and different moments applied to the foundation is taken into account. The inclusion-improved soft soil under footing is considered as a foundation option and, compared to classical ones (shallow foundation and piled raft). The obtained results are illustrated concerning the ground surface settlements, the foundation rotations, the axial forces and bending moments of the reinforcements. The numerical results indicate that the soil improvement technique by rigid inclusions can be an appropriate solution for the wind turbine foundations.With regard to the cyclic aspects, three main concerns are studied. Firstly, the numerical modeling of laboratory tests on a soil improvement by rigid inclusions subjected to monotonic loading and a limited load cycles is carried out, in which the hypoplasticity (HYP) model is used to model the load transfer platform (LTP). The numerical results are validated against both the experimental data and numerical ones of Houda (2016). The influence of the boundary condition and soft soil state are figured out. The numerical results indicate that it is possible to address the cyclic behavior of the rigid inclusion-reinforced soil by using the HYP model.Secondly, a piled embankment under a high number of cyclic loadings is studied. Two different levels of complexity for the constitutive models are used (HYP and a simpler one the linear elastic perfectly plastic constitutive model with a shear criteria of Mohr-Coulomb). These models were considered to model the behavior of the LTP and analyze the cyclic behavior of the system. The HYP model is then suggested for the following studies since it can capture well the arching decrease and the cumulated settlements under the load cycles number. The effect of the parameters that are load cycles number, amplitude and frequency (induced by traffic speed), and embankment height is illustrated as well.Finally, a study on the cyclic response of a GRPS embankment is conducted. By comparing the geosynthetic-reinforced pile-supported (GRPS) embankment with the piled embankment (PE), the role of the geosynthetic is verified under static and cyclic loading aspects. The influence of the load cycles number and the geosynthetic layers number on the arching effect and cumulative settlements is shown as well.