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.

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.

De nouvelles approches phénoménologiques sur la modélisation du comportement des AMFs sont nécessaires pour tenir en compte leur réponse complexe sous chargement multiaxial. L’effet de l’anisotropie induit une dépendance de leur comportement inélastique de la direction du chargement pour des cas superélastiques. La réorientation martensitique affecte drastiquement la réponse du matériau sous chargement non-proportionnel. La charge répétitive modifie aussi certaines propriétés du matériau. L’objectif de cette étude est de proposer un nouveau modèle constitutif thermodynamique robuste pour les AMFs, focalisé surtout sur des compositions NiTi équiatomiques pour capter la transformation martensitique anisotrope et la réorientation des variantes martensitiques. Une nouvelle approche mathématique est introduite pour permettre la prise en compte de l’anisotropie de contraintes et l’évolution des déformations inélastiques lors de la transformation directe, causée par les conditions de mise en forme de structures en AMFs. Cette méthode est évaluée en employant des courbes contraintes-déformations résultant de chargements proportionnels simulés par un modèle micromécanique. Un modèle phénoménologique considérant surtout la réorientation martensitique et mettant en évidence le fort couplage thermomécanique est développé. Il est implémenté dans une plate-forme numérique en C++, SMART+, et évalué en exécutant des simulations des expériences non-proportionnelles existantes. Des structures complexes sont également simulées en employant la Méthode des Élements Finis. La dernière partie de ce travail concerne l’étude expérimentale des effets du chargement cyclique sur l’évolution des déformations résiduelles et le seuil de transformation des alliages NiTi sous sollicitation uniaxiale et biaxiale. / New phenomenological approaches in modeling the behavior of SMAs are needed to account for their complex response under multiaxial loading. The effect of anisotropy induces a dependence of their inelastic behavior to the direction of the loading for superelastic cases. Martensitic reorientation affects drastically material response under non-proportional loading. Repeated loading also alters certain material properties. The goal of this study is to propose a new robust thermodynamic constitutive model for SMAs with focus on equiatomic NiTi compositions to capture anisotropic martensitic transformation and reorientation of martensitic variants, always taking in mind the strong thermomechanical coupling. A new mathematical approach is introduced to account for the anisotropy of stresses and the evolution of inelastic strains during forward transformation caused by the forming conditions of SMA structures. This method is evaluated by utilizing stress-strain curves resulting from proportional loading simulated with a micromechanical model. A phenomenological thermodynamic model considering especially martensitic reorientation and exhibiting the strong thermomechanical coupling is developed. It is implemented on a numerical platform in C++, SMART, and evaluated by simulating existing non-proportional experiments. Complex structures are also simulated using Finite Element Analysis. The last part of this work concerns the experimental study of the effects of cyclic loading to the evolution of residual strain and transformation threshold of NiTi under uniaxial and biaxial testing.