Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique et de l'évolution structurale induite dans des films tricouches coextrudés gonflés à base de polyamide 6 (PA6) et de polyéthylène (PE) sollicités en tractions uniaxiale et biaxiale. L'analyse des transformations de phase et de l'orientation moléculaire a été réalisée par couplage entre la diffraction des rayons X et la spectroscopie infrarouge via la technique du «trichroïsme». La caractérisation des films non déformés a montré que le PE et le PA6, qu'ils soient seuls ou en structures multicouches, présentent des propriétés structurales et thermiques similaires et ne sont pas affectés par la présence de l'autre matériau. Mécaniquement, les multicouches sont caractérisés par un niveau de contrainte intermédiaire à ceux des polymères parents qui, en traction uniaxiale, peut être décrit à l'aide d'une simple loi des mélanges prenant en compte les comportements des polymères parents. Alors qu'en traction uniaxiale, l'allongement à la rupture des multicouches est limité à celui du PA6, la biétirabilité du PA6 est nettement améliorée en présence de PE. L'analyse structurale des films déformés a mis en évidence une transformation graduelle de la phase mésomorphe ß en forme a dans la couche de PA6. Cette transition, qui témoigne des mécanismes de plasticité mis en jeu, a lieu de façon similaire quelle que soit la composition du film en traction uniaxiale. En revanche, sous sollicitation biaxiale, il a été montré que cette transition est ralentie en présence de PE. Ceci montre que la déformation biaxiale dans les multicouches procède par des mécanismes de déformation différents de ceux impliqués dans les films monocouches. / This work deals with the mechanical behaviour and structural evolution of coextruded blown multilayer films composed of polyamide 6 (PA6) and polyethylene (PE) under uniaxial and biaxial stretching. Phase transformations and molecular orientation have been investigated by both X-ray scattering and infrared trichroism using three-dimensional infrared technique. Analysis of the undeformed multilayers has shown that the structural and thermal properties of each layer were similar to that of the pure component and were not affected by the other material. Concerning the mechanical behaviour, the stress level of the multilayer films lies between those of the pure component and in uniaxial drawimg, It can be descnbed by a simple additive law mixture. Whereas the strain at break is governed by PA6 under uniaxial drawing, the biaxial stretchabllity of the PA6 layer is improved with PE fraction. Regarding the structural evolution, a gradual disorder-order transition occurs with deformation in the PA6 layer. This transition is simllar whatever the film composition under uniaxial drawing. By contrast, under biaxial drawing, the ß~~a transformation is delayed with the addition of PE. This result points at that biaxial deformation in the multilayer films proceeds with different plastic processes from those implied in pure components. Additionally, a critical level of a content in the PA6 layer has been identified to produce the failure of the multilayer structure.

Les procédés de mise en forme des tôles minces sont largement utilisés dans l'industrie. L’utilisation optimale des alliages légers ou des aciers à haute résistance, propices à des économies d’énergie dans le domaine des transports, nécessite une connaissance approfondie de leurs limites de formabilité. Classiquement, la formabilité d’une tôle est caractérisée par l’apparition d’une striction localisée. Cependant, pour des chargements spécifiques (chemins de déformation complexes ...), la rupture caractérise la formabilité du matériau, la courbe limite de formage à rupture (CLFR) plutôt que celle à striction (CLFS) doit alors être considérée. Pour identifier la CLFS et la CLFR pour des chemins de déformation linéaires et non-linéaires, les méthodes conventionnelles requièrent différents dispositifs expérimentaux et différentes formes d'éprouvette pour atteindre une large gamme de chemins de déformation. L'essai de traction biaxiale, associé à une éprouvette cruciforme, est possible pour la réaliser. De plus, le changement de chemin est activé au cours de l’essai, sans déchargement. Le premier objectif de cette étude est de montrer que l'essai de traction biaxiale, associé à une forme unique d'éprouvette cruciforme, permet de tracer la CLFS et la CLFR pour plusieurs chemins de déformation, qu’ils soient linéaires ou non-linéaires. En premier lieu, des essais ont été réalisés sur des tôles d’alliage d’aluminium 5086 (épaisseur initiale de 4 mm) à partir d’une forme d’éprouvette déjà proposée au laboratoire. Une nouvelle forme d'éprouvette cruciforme a été proposée pour des tôles moins épaisses (2 mm), plus répandues. Cet éprouvette a été validée pour étudier la formabilité d’un acier dual phase DP600 pour plusieurs chemins de déformation. Le deuxième objectif est de discuter la validité de critères classiques de rupture ductile. Pour les deux matériaux, un critère a finalement été identifié pour prédire assez précisément les résultats expérimentaux. / Sheet metal forming is very common in industry for producing various components. The optimal use of light alloys or high strength steels in transportation for energy economy, requires in-depth analysis of their formability. Usually, the formability of sheet metal is controlled by the onset of localized necking. However, under specific loadings (complex strain paths...), fracture characterizes the formability and the forming limit curve at fracture (FLCF) instead of the forming limit curve at necking (FLCN) should be considered. For identifying FLCN and FLCF under linear and non-linear strain paths, conventional methods require different experimental devices and geometrical specifications of specimen to cover a wide range of strain paths. However, using the in-plane biaxial tensile test with just one shape of cruciform is sufficient for that, even changes of strain path without unloading can be made during the test. The first objective of this study is to show that the in-plane biaxial tensile test with a single type of cruciform specimen permits to investigate the FLCN and FLCF of sheet metals under different linear and non-linear strain paths. Firstly, the forming limit strains at fracture of AA5086 sheet (t=4 mm) under linear and non-linear strain paths have been characterized, by testing an existed dedicated cruciform specimen. Thinner sheet metals are often used in industry, so a new shape of cruciform specimen with an original thickness of 2 mm was proposed. This specimen is successfully used to investigate the formability of DP600 sheet under linear and two types of non-linear strain paths. The second objective is to discuss the validity of commonly used ductile fracture criteria to predict the onset of fracture. Some ductile fracture criteria were used to produce numerical FLCFs for AA5086 and DP600 sheet. Finally, for the two tested materials, it is possible to find a criterion to predict the experimental FLCFs for either linear or non-linear strain paths.

Les procédés de mise en forme des tôles métalliques sont largement utilisés dans l’industrie mécanique. La simulation numérique des opérations de mise en forme nécessite une caractérisation précise des modèles de comportement rhéologique des matériaux. Dans de nombreuses opérations de mise en forme des tôles métalliques telle que l’emboutissage, l’hydroformage, …, de grandes déformations et des vitesses de déformations dites intermédiaires peuvent être atteintes sous des états biaxiaux de déformation ou de contrainte. L’objectif de ce travail est de montrer le potentiel de l’essai de traction bi-axiale pour caractériser l’écrouissage des tôles métalliques pour de grandes déformations et dans une gamme de vitesse de déformation dite intermédiaire. A partir de simulations numériques, une forme optimale d’éprouvette en croix, permettant d’atteindre 30% de déformation plastique équivalente dans la zone centrale de l’éprouvette sous un chargement équibiaxial, a été proposée. Par la suite, des essais quasi-statiques et dynamiques de traction bi-axiale ont été réalisés sur la forme d’éprouvette proposée à partir d’une machine dédiée d’essais servo-hydraulique à quatre vérins. Dans un premier temps, le matériau choisi est un alliage d’aluminium AA5086 ne présentant pas de dépendance à la vitesse de déformation. Les déformations expérimentales sont déterminées à partir de la technique de corrélation d’images. L’écrouissage isotrope de différents modèles est identifié à partir d’une procédure inverse basée sur une modélisation éléments finis de l’essai de traction biaxiale. Trois critères de plasticité (Mises, Hill 48 et Bron et Besson) ont été successivement utilisés pour l’identification des paramètres des lois d’écrouissage. Les résultats obtenus montrent d’une part que la modélisation est très sensible au critère de plasticité choisi, et d’autre part que le critère de Bron et Besson permet d’obtenir une très bonne corrélation entre les courbes d’écrouissage identifiées à partir de l’essai bi-axial et de l’essai uni-axial. Pour les tests dynamiques bi-axiaux, les phénomènes de résonance du dispositif mécanique, générés à l’impact initial de début d’essai et matérialisés par de fortes oscillations du signal d’effort, sont atténués par l’interposition d’un élément en élastomère dans le système d’ancrage de chaque bras de l’éprouvette. Pour finir, la méthodologie d’identification proposée est appliquée à la caractérisation du comportement viscoplastique d’un acier dual phase DP600. Les courbes d’écrouissage identifiées à partir des essais bi-axiaux ont été comparées à celles obtenues par des essais uni-axiaux pour une gamme de vitesse de déformation allant de 10- 3s-1 à 101s-1. Le DP600 présente une même sensibilité à la vitesse de déformation quelque soit la sollicitation, uni-axiale ou bi-axiale. Les lois d’écrouissage de Ludwick et de Voce, identifiées jusqu’à 30% de déformation plastique équivalente sur la base de données expérimentales constituées des essais bi-axiaux, sont relativement proches. Les différences observées entre ces courbes d’écrouissage et celles identifiées à partir des essais de traction uni-axiaux montrent tout l’intérêt de l’essai de traction bi-axiale sur éprouvette en croix. / Sheet metal forming processes are widely adopted to produce panels, tubes, profiled parts in manufacturing industry. The numerical simulation of the forming processes requires accurate constitutive models of material. In many sheet metal working operations such as stamping, hydroforming, …, large strains and intermediate strain rates can be reached under biaxial strain or stress states. The objective of this work is to show the potential of the biaxial in-plane tensile test to characterize the hardening behaviour of metal sheets up to large strain levels. By numerical investigation, an optimal cruciform shape is designed to obtain large equivalent plastic strain, up to 30%, at the central zone under equi-biaxial strain path. As expected, the initial cracks of tested specimens are always observed at the central zone. Then, quasi-static and dynamic biaxial tensile tests on in-plane cross specimens have been performed on a dedicated servo-hydraulic machine. These biaxial tensile tests have been carried out on aluminium alloy AA5086 to validate the identification methodology of hardening behaviour under biaxial loading. This alloy has been chosen since its hardening behaviour is not dependent on the strain rate. Digital Image Correlation (DIC) technique is used for strain measurement. The parameters of isotropic hardening models are identified by inverse analysis based on the finite element model of the biaxial tensile test. Three yield criteria of Mises, Hill48 and Bron and Besson are compared for the parameter identification of different hardening laws. It is shown that the hardening law identified by biaxial test is precise only if an appropriate yield function is preliminarily determined. The biaxial flow stress curve identified with Bron and Besson yield function have been found in good agreement with the experimental flow stress curve obtained from uniaxial tensile tests. For biaxial tests at intermediate strain rates, damping layers are adopted to reduce oscillations on force versus time curves. The comparison of flow stress curves, identified from quasi-static and dynamic biaxial in-plane tensile tests on the non strain rate-dependent material AA5086, validates the identification methodology of strain-rate dependent hardening models. Finally, the proposed methodology is applied to the hardening characterization of a strain-rate dependent Dual Phase steel DP600 at room temperature. Identified biaxial flow stress curves have been compared with uniaxial ones for different strain rates ( . = 10-3s-1, 10-1s-1 and 101s-1). DP600 steel exhibits the same positive strain rate sensitivity for uniaxial and biaxial strain states. The biaxial flow stress curves identified on the basis of Ludwick and Voce hardening models are close, up to equivalent plastic strains of 30%. The benefits of the proposed methodology, based on a biaxial in-plane tensile test carried out on cross specimen, are clearly shown since the hardening behaviour identified in this case for large strains (up to 30%) is very different from the one identified from uniaxial tensile test on a smaller strain range.