Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2009

Universiẗat, Diss., 1999--Kaiserslautern.

Universiẗat, Diss., 2002--München.

Univ., Diss., 2002--Kassel

Ce travail de recherche, réalisé au sein de deux laboratoires (LPMM à l'ENSAM de Metz et LPMTM à l'Université Paris 13), se propose d’étudier l'anisotropie plastique des tôles métalliques lors d'opérations de mise en forme. Les applications visées sont la prédiction, au moyen de la simulation numérique du procédé, de l'anisotropie plastique initiale et son influence sur le comportement global de la tôle. Une anisotropie qui se manifeste lors de l'opération de mise en forme par l'apparition d'ondulations aux bords de la tôle. A cette fin, toute une classe de potentiel plastique a été introduite. Des potentiels écrits dans le cadre d'une approche dite duale (moins couramment utilisée) où la grandeur introduite est le taux de déformation plastique, contrairement à l'approche classique (largement utilisée) où le critère est défini en contrainte. De plus, l'écrouissage du matériau a été pris en compte à travers l'introduction de variables internes. Toute une étude à été consacrée à l'identification des différents critères introduit en ce basant sur des données expérimentales, ainsi qu'à celles issus de la mesure de texture du matériau. Les matériaux étudiés à cet effet sont des nuances d'acier et des alliages d'aluminium. Deux stratégies d'identification ont été explorées afin de s'assurer de la bonne détermination des paramètres du modèle de comportement. Pour permettre l'exploitation des différent critères dans le cadre de la simulation numérique des procédés de mise en forme, une implantation numérique robuste et efficace a été réalisée dans un code de calcul par éléments finis. Une routine de résolution du comportement suivant un schéma d'intégration implicite a été développée afin d'obtenir une bonne précision des calculs. La modélisation a d'abord été appliquée à la prédiction de cœfficients d'anisotropie. Cette étude a mis en évidence la capacité de chaque critère à reproduire les fortes anisotropies de plasticité. Par la suite, l'application de cette modélisation à l'étude des cornes d'emboutissage a été réalisé et a permis concrètement de voir les effets du potentiel sur le nombre de cornes formés, ainsi que sur leur degré de prononciation. Une corrélation entre les coefficients de Lankford et les cornes d'emboutissage a été établie / This research work, realized in two laboratories (LPMM of ENSAM of Metz and LPMTM of Paris 13 university) proposed to study the plastic anisotropy of sheet metals during forming operations. The applications in mind concern the prediction, through the forming process numerical simulation, of the initial plastic anisotropy and its influence on the global behaviour of the sheet. An anisotropy that manifest, during forming operation, by the apparition of undulations on the sheet edge. To do this, a class of strain rate potential has been introduced. Potential written in the frame of so called dual approach (less commonly used), where the introduce variable is the plastic strain rate, contrary to the classical approach (commonly used), where the criterion is defined with stress tensor. In addition, the material work-hardening has been considered by introducing internal variables. A large study has been devoted to the identification of the different criteria introduced, basing on the experimental data, as well as those of material texture measure. The materials under study are some steel grades and aluminium alloys. Different identification strategies have been investigated, in order to insure of the good determination of the behaviour model parameters. To allow the exploitation of the different criteria in the frame of the forming process simulation, a robust and efficient computer implementation has been performed in a finite element code. A solver routine following implicit time integration scheme has been developed in order to obtain a good accuracy. The modelling has been applied to the prediction of anisotropic coefficient. This study highlighted the capability of each criterion to reproduce the strong plastic anisotropies. Then, the application of this modelling to the study of deep drawing corns has been realized and allowed to show the effects of the criterion on the number of the formed corns as well as there pronunciation degree. A correlation between the Lankford coefficient and the deep drawing corns has been established

Le zirconium et de titane sont des métaux de structure hexagonale. Ils présentent donc une plus faible symétrie cristalline que les métaux usuels (Fer, Aluminium,...) et par conséquent une anisotropie de propriété très marquée. Malgré cette forte anisotropie et les applications exigeantes dans lesquelles sont employés leurs alliages, les mécanismes de recristallisation et de changement de texture dans ces métaux ont été peu étudiés en comparaison de leurs homologues cubiques. L'étude de l'évolution de texture au cours du recuit après différents chargement initiaux nous a permis d'établir les mécanismes d’évolutions de texture dans le Zirconium. Nous avons notamment montré que pour des faibles taux de déformation en laminage croisé, la texture de recristallisation évolue très vite, en raison de la distribution d'orientation spécifique des germes dans la microstructure initiale, après laminage transverse, la texture évolue également rapidement en raison d'une corrélation entre énergie de déformation et orientation, qui accroît l'effet de la croissance orientée, de plus, les mécanismes de changement de texture au cours de la croissance normale et anormale des grains ont été élucidés, notamment grâce à l’utilisation de simulations numériques (type Monte-Carlo) / Zirconium and Titanium are hexagonal metals. Thus, they have a weaker symmetry than cubic metals, and a stronger crystalline anisotropy. Despite this strong anisotropy, the fundamental mechanisms of the texture evolution of these metals has not been deeply investigated yet. We studied here the texture and microstructure evolution during annealing after several conditions of deformation, and showed that : slow texture change is expected in grain growth after severe rolling, because of oriented growth rapid texture change after low reductions is due to oriented nucleation transverse rolling gives rise to a correlation between orientation and stored energy in the deformed material, which also induces fast texture changes. These mechanisms have been explained on the basis of microstructure specificities. In addition, texture evolution during normal and abnormal grain growth have been studied in details, and moddeling was used to confirm some hypotheses on boundary mobility anisotropy

Les molécules-aimants sont une classe d’objets aux propriétés très singulières, et dont les applications envisagées, certes sans doute lointaines, sont multiples. Dans le cadre du stockage de l’information, la principale propriété de ces molécules est le blocage de leur aimantation qui leur confère les propriétés de mémoire au niveau de la molécule unique. Théoriquement l’existence d’une aimantation spontanée au niveau d’une molécule de spin S ne peut exister que s’il y a une levée de dégénérescence à champ nul (ZFS) qui sépare les états de spin ±mS. Dans ce contexte, les molécules-aimants peuvent être divisées en deux classes : (i) les complexes mononucléaires dont la majorité comprennent, en général, des ions paramagnétiques présentant une forte anisotropie axiale qui à leurs tours sont responsables de la relaxation lente de l’aimantation dans le système, et (ii) les complexes polynucléaires, où les ions métalliques (métaux de transition et/ou lanthanides) communiquent entre eux par une interaction d’échange J ou par interaction dipolaire. Ce type de complexes peut à son tour diviser en deux parties : HomoBinucléaires et HétéroBinucléaires. Différents complexes de Co (II) et de Ni (II) sont synthétisés et étudiés chimiquement et magnétiquement avec ce type de ligand qui est capable d’accepter deux métaux dans deux sites de coordination liés par des différents ligands pontants (Cl-, Br-, NO3-, N3-, imidazole, etc..). Les mesures de susceptibilité magnétique de certains complexes montrent une interaction antiferromagnétique avec une anisotropie axiale de type Ising (D < 0) et autre de type planaire (D > 0). Cela est dû de la nature des ions métalliques et les géométries des complexes pentacoordinés (bipyramide trigonale et pyramide à base carrée). / For molecular magnetic materials to be used in applications, they must retain their magnetization at reasonable temperatures, which can be achieved with high-energy barriers for magnetization reversal and slow relaxation of the magnetization. In the field of Single-Molecule Magnets (SMMs), over the last decade, the main focus has shifted from large spin complexes to highly anisotropic systems which have displayed high energy barriers.1 Here, we used a cryptand ligand that forces a trigonal bipyramidal arrangement to obtain a large (in absolute value) negative zero field splitting parameter D.2 In order to use these molecules as models for entangled quantum bits (qbits), the cryptand ligand was chosen to have two coordination sites allowing the design of chemically stable binuclear complexes with tunable antiferromagnetic coupling. We prepared pentacoordinate complexes of Co(II) and Ni(II) with different bridging ligands (Cl-, Br-, NO3-, N3-, Im-, etc.). Magnetic measurements indicated an Ising type anisotropy and weak antiferromagnetic coupling as expected from the nature of the bridging ligands (N3- and Im-) and the trigonal bipyramidal geometry around the metal ions.

Ce travail de thèse a pour objectif de caractériser le comportement anisotrope des mousses acoustiques. Ces matériaux, couramment employés pour lutter contre les nuisances sonores et vibratoireset sont modélisés à l'aide du modèle de Biot. Celui-ci est basé sur le formalisme de lamécanique des milieux continus à deux champs couplés, l'un associé au solide et l'autre au fluidesaturant. Nous nous intéresserons plus particulièrement dans ce travail aux paramètres du solideet aux matériaux présentant une anisotropie (c'est-à-dire des propriétés qui varient suivant lesdirections) du squelette solide. Ici, deux types d'anisotropie sont distingués, l'anisotropie naturelledu matériau et celle induite par une action extérieure, cette dernière ayant pour principale cause lacompression statique des échantillons. Par ailleurs, trois types de symétries naturelles sont considérés : isotropie, isotropie transverse avec et sans rotation de direction principale. Celles-ci sont leplus couramment rencontrées.L'analyse expérimentale du type de symétrie des mousses se fait au moyen d'un dispositif, appelé rigidimètre, qui permet de déterminer la raideur mécanique d'échantillons cubiques de moussesous hypothèse quasi-statique. Celui-ci est couplé à une mesure au vibromètre laser à balayage, permettantde mesurer le déplacement normal des faces des cubes. Des lignes de niveaux des champsde déplacements normaux surfaciques sont ainsi obtenues. Il est alors possible de classer les différentstypes d'anisotropie en analysant ces courbes de niveaux. Ainsi, avec ces a-priori, une méthodea été élaborée pour déterminer les coefficients de Poisson à l'aide de techniques de minimisationà partir des autres constantes élastiques préalablement déterminées. Ce problème est construit àpartir d'indicateurs expérimentaux et d'indicateurs provenant d'un modèle éléments finis.L'influence de la compression statique sur les modules élastiques est ensuite étudiée. Toutd'abord, la variation du module d'Young en fonction du taux de compression est caractérisée àpartir de mesures au rigidimètre. Ensuite, la variation du module de cisaillement en fonction de lacompression statique est caractérisée par une méthode d'ondes guidées (en collaboration avec laKULeuven). Il a été montré que les variations de modules élastiques pouvaient être importantespuisqu'elles peuvent atteindre 50 %. A partir de ces déterminations expérimentales, quatre zones decomportement de la mousse ont été mises en évidence. Ces quatre zones correspondent respectivementà des effets de compression, de flambement, de densification et de réarrangement des cellules.Un modèle éléments-finis microstructural, dans lequel la cellule élémentaire est modélisée par untétrakaidécaèdre de Kelvin, est enfin proposé. Celui-ci permet de modéliser les trois premièreszones, qui correspondent aux compressions statiques usuelles dans les applications acoustiques.

Thermoplastische Kunststoffe werden zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften häufig mit Kurzfasern verstärkt, wodurch sich jedoch eine anisotrope Eigenschaftscharakteristik einstellt. Dies führt oftmals zu ungewohntem Werkstoff- und Bauteilverhalten. Die Fertigungsparameter und -randbedingungen im Spritzgießprozess besitzen einen großen Einfluss auf lokale Faserorientierungen, wovon auch die globalen Bauteileigenschaften abhängen. Für eine werkstoffgerechte Auslegung von derartigen Bauteilen sind tiefgreifende Verständnisse über die mechanischen, thermischen und rheologischen Eigenschaften sowie die Kopplung von Spritzgieß- und Bauteilsimulation unerlässlich. Diese sogenannte integrative Simulation wird am Beispiel eines Strukturbauteiles aufgezeigt.

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.