Le but de cette étude est de prédire la rupture de tôles en alliage de Zinc via des simulations par éléments finis. Pour ce faire, la caractérisation du comportement mécanique a été fait grâce à des essais de traction sur différentes nuances et orientation. Ces essais ont fait ressortir une grande anisotropie ainsi qu'un grande sensibilité à la vitesse de déformation et à la température. L'ensemble de ces données expérimentales est modélisé avec une loi de comportement de Norton Hoff et le critère de plasticité de Hill48. De plus la formabilité ainsi que son anisotropie ont été caractérisées avec des essais de traction, de traction plane et de gonflage hydraulique. Une grande anisotropie de formabilité, inédite dans la littérature, est observée. Celle-ci est modélisée via différents modèles de rupture issus de la littérature où que nous avons développés spécifiquement pour les alliages de Zinc. Enfin un modèle de rupture en contrainte, paraissant le plus adéquat pour la prédiction de la formabilité, a été choisi. Il a été ensuite implémenté dans le logiciel Forge2009®. Des essais académiques mais aussi industriels de mise en forme ont été simulé par le logiciel Forge2009® et ont donné de bonnes modélisations du comportement mécanique des tôles en alliage de Zinc ainsi que de bonnes prédictions de sa rupture. / The aim of this study is to predict the rupture of Zinc alloy sheets by the mean of Finite Element Method simulations. The mechanical behaviour of the material has been tested by tensile tests for several directions and for several Zinc grades. The materials show a high anisotropic mechanical response and high strain rate and temperature sensitivity. This set of experimental data has been modelled by the mean of the Norton Hoff law and the Hill 48 plastic criterion. Moreover, the formability has been tested by tensile and plane strain tests, and also hydraulic bulge tests. A high anisotropic formability, unseen in the literature, has been observed. This formability is modelled with different rupture criteria coming from the literature or specifically developed for the Zinc alloy study. A stress criterion model has been chosen to predict the formability. This criterion has been implemented into Forge2009® software. Academic and industrial forming processes have been simulated with Forge2009® and lead to an accurate description of the mechanical behaviour and the rupture localisation.

Cette thèse a pour objectif d'élaborer un outil de prédiction de la perte de ductilité d'aciers multiphasés polycristallins soumis à des chargements monotones et séquentiels. Cet outil présente également l'intérêt d'aider à l'élaboration de nouveaux matériaux grâce à la connaissance de l'influence de différents paramètres physiques et microstructuraux sur la limite de ductilité. Dans un premier temps, le comportement élastoplastique à l'échelle locale, c'est-à-dire du grain, est modélisé par une loi micromécanique formulée dans le cadre des grandes déformations. Une loi de régularisation, inspirée de la viscoplasticité, mais sans introduire de sensibilité à la vitesse, est utilisée afin de déterminer l'activité de glissement. L'hétérogénéité intragranulaire est introduite dans le modèle en s'inspirant des travaux de Peeters. Les variables internes du modèle sont représentées par trois types de densités de dislocations dont leurs évolutions reposent sur les mécanismes de création, de stockage et d'annihilation. Une comparaison de l'évolution des variables internes avec des micrographies de grains d'acier ferritique issues d'essais monotones et complexes a permis de valider cette modélisation et de montrer les effets macroscopiques liés à la microstructure intragranulaire. Dans un second temps, le comportement macroscopique de l'agrégat polycristallin est déduit à partir du comportement monocristallin à l'aide de l'approche autocohérente au sens de Hill. Il est montré que cette modélisation permet de prédire correctement le comportement d'aciers multiphasés. Dans un dernier temps, un critère basé sur la perte d'ellipticité du module tangent élastoplastique, le critère de Rice, est intégré une fois le comportement macroscopique connu. Ce critère est utilisé pour tracer les courbes limites de formage et il est montré qu'elles s'avèrent correctes pour différents aciers multiphasés. Différentes pistes ont été exploitées afin de répondre aux éventuels écarts avec l'expérience.

L'objectif est d'apporter une contribution à la prédiction des phénomènes de striction et de localisation sous forme de bandes par la modélisation des critères d'instabilité plastique, par la comparaison de leurs bases théoriques et par le tracé de Courbes Limites de Formage (CLF) numériques. Une étude bibliographique permet de distinguer quatre approches principales : le principe de force maximum, l'analyse de bifurcation, l'analyse linéaire de stabilité et les méthodes multizones. Afin de permettre une comparaison, les principaux critères sont réécrits dans un cadre commun. Pour la striction diffuse, un rapprochement entre les critères de force maximum et de bifurcation par point limite est proposé. Pour la localisation, les prédictions de CLF obtenues avec le modèle M - K tendent vers celles du critère de Rice lorsque la taille du défaut initial tend vers zéro. Des tracés de CLF illustrent ces résultats et mettent en évidence l'influence du choix de la loi d'écrouissage sur les CLF.

Cette thèse a pour objectif principal de développer un outil numérique capable de prédire la ductilité des matériaux polycristallins. Cet outil est basé sur le couplage de l’approche multi-échelles autocohérente à deux critères d’instabilités plastiques : la théorie de bifurcation et l’approche d’imperfection initiale. Le schéma autocohérent est utilisé pour déterminer le comportement d’un agrégat polycristallin (supposé représentatif du matériau étudié) à partir du comportement des monocristaux constitutifs. Le comportement à l’échelle monocristalline est formulé dans le cadre des grandes déformations élastoplastiques. Deux différentes versions du critère de Schmid sont successivement utilisées pour modéliser l’écoulement plastique monocristallin : la version classique et une version régularisée. Pour intégrer numériquement les équations constitutives à l’échelle monocristalline, deux algorithmes ont été développés : un algorithme de type évolutif et un algorithme de type retour radial. Les équations gouvernant le schéma autocohérent ont été revisitées. Pour résoudre ces équations, un nouvel algorithme numérique a été proposé, qui est montré être plus efficace que les algorithmes existants communément basés sur la méthode du point fixe. De plus, une approche numérique robuste a été développée, qui permet de coupler le modèle autocohérent à l’approche d’imperfection initiale. La performance ainsi que la robustesse des différents algorithmes et schémas numériques développés ont été mis en évidence à travers plusieurs résultats de simulation. L’effet de plusieurs paramètres et choix de modélisation sur la prédiction de formabilité des tôles métalliques a été extensivement analysé. / The main objective of this PhD thesis is to develop a numerical tool capable of predicting the ductility of polycrystalline materials. This tool is based on the coupling of the self-consistent multiscale approach with two plastic instability criteria: the bifurcation theory and the initial imperfection approach. The self-consistent scheme is used to derive the mechanical behavior of a polycrystalline aggregate (assumed to be representative of the studied material) from that of its microscopic constituents (the single crystals). The constitutive framework at the single crystal scale follows a finite strain rate-independent formulation. Two different versions of the Schmid law are successively used to model the plastic flow: the classical version and a regularized one. To solve the constitutive equations at the single crystal scale, two numerical algorithms have been developed: one is based on the usual return-mapping scheme and the other on the so-called ultimate scheme. The equations governing the self-consistent approach have been revisited. To solve these equations, a new numerical scheme has been developed, which is shown to be more efficient than the existing schemes commonly based on the fixed point method. Also, a robust numerical approach has been developed to couple the self-consistent model to the initial imperfection approach. The performance and the robustness of the different numerical schemes and algorithms developed have been highlighted through several simulation results. The impact of various parameters and modeling choices on the formability prediction of sheet metals has been extensively analyzed.