Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Identifikation von Parametern schädigungsmechanischer Materialgesetze. In diesem Zusammenhang wird für die Lösung des nichtlinearen Rand- und Anfangswertproblems das finite Element System SPC-PMHP verwendet. Die duktile Schädigung wird durch das Modell von Rousselier beschrieben. Neben den Materialgleichungen wird der Algorithmus zur numerischen Integration des Materialgesetzes vorgestellt. Die zur Materialparameteridentifikation erforderliche Lösung der inversen Aufgabenstellung wird mit einem nichtlinearen Optimierungsverfahren realisiert. Die quadratische Abweichung zwischen gemessenen und simulierten Verschiebungsfeldern wird als Zielfunktion gewählt, deren Minimierung auf die gesuchten Parameter führt. Im Rahmen der deterministischen Optimierungsprozeduren wird zur Bestimmung des Gradienten der Zielfunktion ein impliziter Algorithmus - die sogenannte semianalytische Sensitivitätsanalyse - angewandt. Synthetisch erzeugte inhomogene Verschiebungsfelder dienen als Messwerte und werden den berechneten Verschiebungen gegenübergestellt. Mit verschiedenen numerischen Experimenten wird am Beispiel einer Scheibe mit Loch die Anwendbarkeit des Verfahrens getestet.

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Identifikation von Parametern schädigungsmechanischer Materialgesetze. In diesem Zusammenhang wird für die Lösung des nichtlinearen Rand- und Anfangswertproblems das finite Element System SPC-PMHP verwendet. Die duktile Schädigung wird durch das Modell von Rousselier beschrieben. Neben den Materialgleichungen wird der Algorithmus zur numerischen Integration des Materialgesetzes vorgestellt. Die zur Materialparameteridentifikation erforderliche Lösung der inversen Aufgabenstellung wird mit einem nichtlinearen Optimierungsverfahren realisiert. Die quadratische Abweichung zwischen gemessenen und simulierten Verschiebungsfeldern wird als Zielfunktion gewählt, deren Minimierung auf die gesuchten Parameter führt. Im Rahmen der deterministischen Optimierungsprozeduren wird zur Bestimmung des Gradienten der Zielfunktion ein impliziter Algorithmus - die sogenannte semianalytische Sensitivitätsanalyse - angewandt. Synthetisch erzeugte inhomogene Verschiebungsfelder dienen als Messwerte und werden den berechneten Verschiebungen gegenübergestellt. Mit verschiedenen numerischen Experimenten wird am Beispiel einer Scheibe mit Loch die Anwendbarkeit des Verfahrens getestet.

Les aciers ferritiques présentent une transition du mode de rupture passant progressivement d'une rupture fragile (clivage) à une rupture ductile lorsque la température augmente. Le suivi du décalage de la température de transition des aciers de cuve par l'établissement de courbes de résilience, fait de l'essai Charpy une partie intégrante du programme de surveillance des centrales nucléaires françaises à eau sous pression. Malgré les avantages qui lui sont propres notamment son coût, l'essai Charpy ne permet pas d'obtenir directement une grandeur qui caractérise la résistance à la propagation d'un défaut de type de fissure, comme la ténacité, utilisée pour qualifier l'intégrité mécanique d'une structure.<br />Cette étude contribue à l'établissement du passage résilience-ténacité dans le domaine de transition de l'acier de cuve 16MND5 à partir d'une approche non-empirique basée sur l'approche locale de la rupture. La rupture fragile est décrite par le modèle Beremin (1983), qui permet de décrire la dispersion inhérente à ce mode de rupture. La description de la déchirure ductile est réalisée par le modèle GTN (1984) et le modèle Rousselier (1986). Ce dernier modèle a été modifié afin d'obtenir une description réaliste de l'endommagement ductile dans le cas de sollicitations rapides et d'échauffement locaux.<br />La méthode proposée pour déterminer les paramètres des modèles d'endommagement s'appuie uniquement sur des essais sur éprouvettes entaillées et les données inclusionnaires du matériau. Le comportement est décrit par une formulation originale paramétrée en température qui permet de décrire l'ensemble des essais réalisés dans cette étude. Avant d'appliquer cette méthodologie, une étude expérimentale du comportement et des modes de rupture de l'acier 16MND5 a été effectuée. A partir des essais de résilience en conditions quasi-statiques et dynamiques, il a été mis en évidence que cet acier ne présentait pas de décalage important de sa courbe de résilience dû à l'effet de vitesse. Dans le domaine de la transition, des échauffements locaux de l'ordre de 150°C ont été mesurés en fond d'entaille, ainsi que des déformations plastiques supérieures à 100 %.<br />Après une étude fractographique permettant l'identification de la nature des sites à l'origine du déclenchement du clivage, l'étude numérique montre, notamment, l'effet de l'échauffement adiabatique et de la prise en compte de la germination de cavités autour d'une seconde population de particules (carbures) sur la déchirure ductile. L'application de la méthodologie proposée permet de décrire les données de résilience jusqu'à des énergies moyennes de l'ordre de 70 J, englobant les indices TK28 et TK 68. Au delà, il faut introduire une faible dépendance apparente de la contrainte du clivage avec la température. D'autre part, l'évolution de la ténacité peut être décrite jusqu'à des valeurs moyennes de 170 MPa?m sans introduire de dépendance de la contrainte de clivage avec la température.

The level of residual stresses in welded components is known to have a significant influence on their failure behaviour. It is, therefore, necessary to understand the combined effect of mechanical loading and residual stresses on the ductile fracture behaviour of these structures in order to provide the accurate structural safety assessment. Recently, STYLE (Structural integrity for lifetime management-non-RPV component) performed a large scale bending test on a welded steel pipe containing a circumferential through-thickness crack (the MU2 test). The purpose of this test is to study the impact of high magnitude weld residual stresses on the initiation and growth of cracks in austenitic stainless steels. This research presents the simulation part of the STYLE project which aims to develop the finite element model of MU2 test in ABAQUS to enhance the understanding and ability to predict the combined influence of mechanical loading and residual stresses on the ductile fracture behaviour of nuclear pressure vessel steels. This research employs both fracture mechanics principles (global approach) and Rousselier damage model (local approach) to study this behaviour including crack initiation and growth. In this research, the Rousselier model was implemented into ABAQUS via the user defined subroutines for ABAQUS/Standard and ABAQUS/Explicit modules, i.e. UMAT and VUMAT. The subroutines were developed based on the integration algorithm proposed by Aravas and Zhang. The validation of these subroutines was checked by comparing the FE results obtained from the implementation of these subroutines with the analytical and other benchmark solutions. This process showed that UMAT and VUMAT provide accurate results. However, the UMAT developed in this work shows convergence problems when the elements start to fail. Hence, only VUMAT was used in the construction of the finite element model of the MU2 test. As mentioned above, the results obtained from both fracture mechanics approach and Rousselier model are compared with the experimental data to validate the accuracy of the model. The results shows that both fracture mechanics approach and the Rousselier model predict similar final crack shapes which correspond closely to the test results in south direction. The other conclusions about the influence of residual stress on ductile fracture obtained from this work are also summarized in this thesis.