The study consists mainly of two parts. The first part is related to the dynamic strength enhancement of honeycombs under uniaxial compression. We firstly study numerically this particular phenomenon of thin-walled structure by using three micro-size FE models and this allows us to reveal the role played by lateral inertia in the dynamic enhancement. Further more, the dynamic enhancement of a series of honeycombs with different cell-size, cell-wall thickness and base material is studied experimentally and the influence of these geometric parameters and the base material on honeycomb strength as well as the dynamic enhancement rate is investigated. The second part of this study concerns the biaxial behavior of honeycombs under combined shear-compression. We firstly present a combined dynamic shear-compression loading device basing on a large-diameter Nylon Split Hopkinson Pressure Bar system. Then, a series of quasi-static and dynamic experiments on an aluminium honeycomb is performed with loading angles ranging from 0o to 60o (part of shear more and more important). It shows a strong effect of the additional shear loading to honeycomb overall strength. A notable strength enhancement under impact loading is observed for all the honeycomby b specimens. Images captured during tests permit for the determination of the two co-existing deforming patterns under combined shear-compression. Finally, the combined shear-compression tests on honeycombs are reproduced by a numerical virtual model and the separated normal and shear behaviors of honeycombs under combined shear-compression are obtained. A crushing envelope in normal strength vs. shear strength plane was obtained on the basis of these simulations, which shows an isotropic expansion behavior from the quasi-static loading to the dynamic loading.

Cette thèse est composée de deux parties. La première partie est liée à l’augmentation sous impact des résistances des nids d'abeilles en compression uniaxiale. D’abord, nous avons étudié ce phénomène particulier numériquement à l’aide des modèles éléments finis et cela nous a permis de démontrer le rôle de l’inertie latéral dans cette augmentation. Ensuite, le comportement dynamique d'une série de nids d'abeilles (tailles de cellule et épaisseurs des parois et matériau de base différents) a été étudiée expérimentalement pour confirmer les résultats de la simulation. La deuxième partie concerne le comportement biaxial de nids d'abeilles sous cisaillement-compression combinés. Nous y présenterons d'abord un dispositif pour appliquer le cisaillement-compression combiné, en utilisant un système des barres de Hopkinson viscoélastiques de grand diamètre. Une série d'essais sur des nids d'abeille en aluminium sont réalisées en statique et en dynamique, avec les angles de chargement allant de 0° à 60o (part de cisaillement de plus en plus important). Ces essais montrent un important effet du cisaillement supplémentaire sur la résistance globale du nid d'abeille. Une augmentation de la résistance sous chargement d'impact est observée pour tous les angles. Les images capturées lors des essais permettent de la détermination des deux modes de déformations coexistant sous cisaillement-compression combiné. Enfin, les essais de cisaillement-compression sur des nids d'abeilles sont reproduites numériquement afin de séparer le comportement normale et celui du cisaillement. La courbe limite dans le plan de la contrainte normale vs la contrainte du cisaillement a été obtenue, qui montre une augmentation homogène (isotropie) sous chargement dynamique. / The study consists mainly of two parts. The first part is related to the dynamic strength enhancement of honeycombs under uniaxial compression. We firstly study numerically this particular phenomenon of thin-walled structure by using three micro-size FE models and this allows us to reveal the role played by lateral inertia in the dynamic enhancement. Further more, the dynamic enhancement of a series of honeycombs with different cell-size, cell-wall thickness and base material is studied experimentally and the influence of these geometric parameters and the base material on honeycomb strength as well as the dynamic enhancement rate is investigated. The second part of this study concerns the biaxial behavior of honeycombs under combined shear-compression. We firstly present a combined dynamic shear-compression loading device basing on a large-diameter Nylon Split Hopkinson Pressure Bar system. Then, a series of quasi-static and dynamic experiments on an aluminium honeycomb is performed with loading angles ranging from 0o to 60o (part of shear more and more important). It shows a strong effect of the additional shear loading to honeycomb overall strength. A notable strength enhancement under impact loading is observed for all the honeycomby b specimens. Images captured during tests permit for the determination of the two co-existing deforming patterns under combined shear-compression. Finally, the combined shear-compression tests on honeycombs are reproduced by a numerical virtual model and the separated normal and shear behaviors of honeycombs under combined shear-compression are obtained. A crushing envelope in normal strength vs. shear strength plane was obtained on the basis of these simulations, which shows an isotropic expansion behavior from the quasi-static loading to the dynamic loading.

Cette étude vise à bien comprendre puis à modéliser le comportement mécanique dans une large plage de vitesse de déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 ayant subis un traitement d'attrition mécanique de la surface (SMAT). Ces tôles ainsi traités sont des matériaux multicouches avec un gradient de propriétés. Les principaux résultats obtenus sont résumés comme suit：(1) La sensibilité globale à la vitesse déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT est caractérisée par des essais de double cisaillement sous chargements quasi-statiques et dynamiques, qui permet d’atteindre une grande déformation sans instabilité géométrique. Des essais de double cisaillement sous impact sont réalisés à l’aide des barres de Hopkinson de grande diamètre et un système d’attache qui a une même impédance acoustique que la barre. Une sensibilité significative a été révélée et on observe ce renforcement n’a pas induit une réduction importante de la ductilité.(2) Dans le but d’un meilleur dépouillement de ces essais de double cisaillement, leur conditions d’essai est analysé dans le détaillé. Le modèle numérique avec le système d’attache a été construit pour étudier l’influence du système d’attache au début de chargement. On trouve un effet limité pour les diverses conditions imparfaites des essais comme la souplesse de système d’attache, des champs mécaniques non-homogènes, l’état de non-équilibre, etc. Par contre, les études numérique et analytique ont démontré que l’hypothèse simple de petites perturbations habituellement utilisé pour le dépouillement de ces essais n’est pas suffisamment précise. La déformation Eulérien cumulée doit être utilisée pour obtenir un résultat numérique correct. A partir de ce résultat, la sensibilité à la vitesse déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT obtenue expérimentalement a été retouchée.(3) Un modèle multicouche elasto-plastique en dommageable a été proposé pour décrire le comportement des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT. Les paramètres sont identifiées à partir des essai de traction. La partie elasto-plastique est calée par une loi d’écrouissage de type Ludwig. Par contre, les paramètres d’endommagement sont obtenus avec une méthode d’identification inverse sur la base de simulation numérique de ces essais de traction. Pour valider ce modèle multi-couche elasto-plastique dommageable, un essai d’indentation/perforation est réalisé sur des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT. Des simulations numériques correspondantes montres que ce modèle multi-couche elasto-plastique en dommageable une prédiction plutôt précise de ces essais de d’indentation/perforation.(4) Pour évaluer la performance anti-perforation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT, des essais de perforation sous impact a été réalisés avec des barres de Hopkinson. Des simulations numériques de ces essais de perforation sous impact sont réalisées avec un modèle numérique comparable avec le cas quasi-statique. ́tant donne que la sensibilité globale à la vitesse déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT est caractérisée par des essais de double cisaillement, la sensibilité à la vitesse a été introduite dans le modèle multi-couche elasto-plastique en dommageable. Le résultat numérique correspond bien à la mesure expérimentale, ce qui indique non seulement l’efficacité du modèle numérique mais aussi celle du modèle multicouche elasto-plastique en dommageable. / This Ph.D dissertation aimed at the comprehensive understanding and the constitutive modeling of the mechanical behaviours of the surface mechanical attrition treatment (SMAT) treated AISI304 stainless steel sheet under a large range of loading rates. SMAT treated AISI304 stainless steel sheets are multi-layered functionally graded materials (FGM). The main research results and conclusions are summarized as followed:(1) The overall rate sensitivity SMAT treated AISI304 stainless steel sheet is characterized by the double shearing test under quasi-static and dynamic loading where a large strain can be achieved without geometry instability. Impact double shear test are performed with a large diameter Hopkinson bar system and an adapted equal-impedance clamping device. Significant rate sensitivity is found. It is also observed that such a rate enhancement does not induce an important reduction of the ductility.(2) In order to extract accurate material information from the double shear tests, their testing conditions are thoroughly analyzed using numerical simulation. Numerical models including clamping devices have been built to investigate the influence of this clamping device at the early stage of loading. A limited effect was found for various imperfect testing conditions such as the clamping device stiffness, non-homogeneous stress and strain fields, non-equilibrium state, etc. On the contrary, numerical and analytical study shows that the simple small strain assumption usually used in double shear tests are not accurate enough. Eulerian cumulated strain definition should be used to get consistent numerical results. From this finding, the experimental rate sensitivity obtained for the SMAT treated AISI304 stainless steel sheet are recalculated.(3) A multi-layers elastic plastic damageable constitutive model is proposed to model SMAT treated AISI304 stainless steel sheet. The parameters are identified using tensile testing results. The elastic plastic behavior is curve fitted with a simple Ludwig hardening model. However, the damage parameters should be identified using an inverse method on the basis of numerical simulation of these tensile tests. In order to validate this multi-layer elastic plastic damageable constitutive model, indentation/piercing tests on SMAT treated AISI304 stainless steel sheet are performed. Numerical simulation of this indentation/piercing tests is also realized. It is found that the identified multi-layer elastic plastic damageable constitutive model allows for a quite accurate prediction of the experimental piercing tests.(4) In order to evaluate the impact anti-piercing capacity of the SMAT treated AISI304 stainless steel sheet, the impact perforation tests using Hopkinson bar are carried out. Numerical simulation of these impact perforation tests are realized with a similar FEM model as the quasi-static case. As the rate sensitivity of SMAT treated AISI304 stainless steel sheet is experimentally characterized with double shear test, a rate sensitive multi-layer elastic plastic damageable constitutive model is introduced. The numerical results agree well with the experimental ones, which indicates the effectiveness of the numerical model as well as the rate sensitive multi-layer elastic plastic damageable constitutive model.