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Résumé thèse Marie Cécile ROBIN-BOUDAOUD

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Comportement et durée de vie de pièces tubulaires, soudées ou non, en acier ferritique 1.4509 : application automobile

 

Marie Cécile ROBIN-BOUDAOUD - 14 décembre 2010

Faurecia emploie des aciers inoxydables ferritiques pour réaliser des collecteurs d'échappement tubulaires mécano-soudés. Cette étude intervient dans le cadre de l'optimisation de la conception de ces produits et constitue une contribution à la prédiction de la durée de vie de pièces tubulaires en acier 1.4509, soudées ou non, sous chargement de fatigue thermomécanique.
Ce travail s'articule en trois axes complémentaires : la modélisation du comportement cyclique des pièces tubulaires soudées ou non, la modélisation de leur endommagement et de leur tenue en fatigue, le développement d'une méthodologie numérique permettant le calcul de la tenue en fatigue de collecteurs dans un temps compatible avec un usage en bureau d'études.
Les comportements cycliques du métal de base (acier 1.4509) et du métal fondu sont ainsi caractérisés pour différentes conditions de sollicitations thermomécaniques puis modélisés à l'aide d'un modèle de comportement élastoviscoplastique dans le logiciel Abaqus. Le comportement spécifique de la zone affectée thermiquement est également étudié. La modélisation proposée pour rendre compte du comportement mécanique des jonctions soudées est validée via un essai de traction-compression avec mesure locale des déformations par stéréo corrélation d'images.
L'étude de la durée de vie de l'acier 1.4509 est ensuite abordée. Une gamme importante d'essais de durée de vie est ainsi constituée. Les coefficients d'un modèle d'endommagement continu, développé par J. Lemaître, sont identifiés et validés. La même gamme d'essais est appliquée à des éprouvettes soudées. Il est choisi de recourir à une approche découplée du comportement et de l'endommagement pour prédire la durée de vie de ces éprouvettes. Cette approche repose sur l'hypothèse que la tenue en fatigue de la jonction soudée est conditionnée par la répartition des déformations au cycle stabilisé et peut être calculée par post-traitement. Cette méthode permet de prédire dans une bande de dispersion de facteur 3 maximum, la majorité des essais.
Finalement, la dernière phase de ce travail est consacrée à la mise en oeuvre des modèles identifiés pour prédire la tenue en fatigue de pièces soudées industrielles. Une méthodologie dite de "sous-modèle" est mise en place afin de prédire avec précision la réponse mécanique des zones soudées au cycle stabilisé. La durée de vie de ces zones est alors estimée par post-traitement de ce cycle. Cette méthode est appliquée avec succès pour prédire la durée de vie, sous chargement thermomécanique, de deux pièces soudées, dont un collecteur.

Mots-clés : comportement mécanique,fatigue thermomécanique,soudure, acier inoxydable,simulation numérique,prédiction durée de vie