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Improved Material Models for High Strength SteelLarsson, Rikard January 2011 (has links)
The mechanical behaviour of the three advanced high strength steel grades, Docol 600DP, Docol 1200M and HyTens 1000, has been experimentally investigated under various types of deformation, and material models have been developed, which account for the experimentally observed behaviour. Two extensive experimental programmes have been conducted in this work. In the first, the dual phase Docol 600DP steel and martensitic Docol 1200M steel were subjected to deformations both under linear and non-linear strain paths. Regular test specimens were made both from virgin materials, i.e. as received, and from materials pre-strained in various directions. The plastic strain hardening, as well as plastic anisotropy and its evolution during deformation of the two materials, were evaluated and modelled with a phenomenological model. In the second experimental program, the austenitic stainless HyTens 1000 steel was subjected to deformations under various proportional strain paths and strain rates. It was shown experimentally that the material is sensitive both to dynamic and static strain ageing. A phenomenological model accounting for these effects was developed, calibrated, implemented in a Finite Element software and, finally,validated. Both direct methods and inverse analyses were used in order to calibrate the parameters in the material models. The agreement between the numerical and experimental results are in general very good. This thesis is divided into two main parts. The background, theoretical framework and mechanical experiments are presented in the rst part. In the second part, two papers are appended.
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Vieillissements statique et dynamique et instabilités associées : expérimentation, modélisation et simulations numériques / Static and dynamic strain aging and associated instabilities : experimentation, modeling and numerical simulationsNogueira de Codes, Rodrigo 07 September 2011 (has links)
L'objectif de cette thèse est d'étudier expérimentalement les phénomènes de vieillissement dus à la diffusion des atomes en solution dans les alliages d’aluminium et les instabilités qui leur sont associées comme le phénomène Portevin-Le Châtelier ou les bandes de Lüders et de proposer une modélisation de ces phénomènes dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Une étude expérimentale détaillée est alors entreprise sur les alliages d’aluminium AA5083-H116 et AA5182-O. Le comportement du premier présente l’effet PLC de façon prononcée et les deux types d’instabilités sont observées simultanément pour le second. La corrélation d'images numériques et la thermographie infrarouge sont essentiellement employées pour détecter et caractériser les aspects spatiotemporels des instabilités observées. La déformation non homogène due à l’apparition et la propagation de bandes de localisation est mise en évidence. Ces bandes de déformation sont visualisées, permettant à leurs diverses caractéristiques (vitesse, orientation, largeur, vitesse de déformation à l'intérieur des bandes, augmentation de la température à l'intérieur des bandes) d'être mesurées sur des éprouvettes lisses (plates, cylindriques ou prismatiques). Dans le cas des éprouvettes plates, l’effet des épaisseurs de l’éprouvette a aussi été examiné. Les caractéristiques des bandes sont aussi analysées sur d’autres géométries d’éprouvette (entaillées avec divers types d’entailles) à des vitesses de déformation différentes pour exhiber leur morphologie en présence de chargements multiaxiaux. Des simulations non linéaires et tridimensionnelles ont été effectuées en utilisant le modèle de McCormick pour montrer comment la prise en compte des phénomènes de vieillissement, même partielle, permet de décrire les hétérogénéités et le mouvement des bandes de déformation ainsi que de prévoir leurs différentes caractéristiques. Enfin, en se basant sur les mécanismes physiques à la base des phénomènes de vieillissement et en soulignant les limites du modèle de McCormick, un modèle élasto-viscoplastique prenant en considération les phénomènes de vieillissement est proposé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. / The objective of this thesis is to study experimentally the ageing phenomena due to the atoms diffusion in solid solutions in aluminium alloys and associated instabilities as the Portevin-Le Châtelier phenomenon or the Lüders bands and to propose a model of these phenomena within the framework of thermodynamics of irreversible processes. Digital Image Correlation (DIC) and Digital Infrared Thermography (DIT) are essentially employed to capture and characterize the spatio-temporal aspects of these instabilities. Inhomogeneous deformation, due to the appearance and the propagation of various localization bands are observed. These deformation bands are visualized, allowing their various characteristics (velocity, orientation, width, strain rate inside the bands, temperature increase inside the bands) to be measured on smooth specimens (flat, cylindrical or prismatic). In the case of flat test, the effect of the specimen thickness was also examined. The band characteristics are also analyzed on other specimen geometries (notched with various kinds of notches) at different strain rates to exhibit their morphology in the presence of multiaxial loadings. Some nonlinear and three-dimensional simulations were carried out with McCormick model to show how the inclusions of ageing phenomena, even partial, makes possible to describe heterogeneities and the deformation bands but also reproducing qualitatively their various characteristics. Finally, based on the physical mechanisms of aging phenomena and underlying the limitations of the McCormick model, an elasto-viscoplastic model taking into account the aging phenomena is proposed in the framework of thermodynamics of irreversible processes.
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