Soutenance de thèse de Valentin DAVAZE

Modélisation numérique de l'amorçage et la propagation des fissures dans les tôles métalliques ductiles pour les simulations de crash.

Résumé de la thèse en français

Lors d’un crash automobile, les pièces faites de tôles metalliques sont sujettes à rupture. La rupture des matériaux ductiles n’est actuellement pas prédite de manière fiable dans un contexte industriel, entraînant des coûts et délais supplémentaires sur la conception. Cette problématique est alors abordée dans cette thèse CIFRE du Groupe PSA menée en collaboration avec l’Onera et le Centre des Matériaux. L’objectif de ces travaux est de développer et d’implanter une stratégie numérique fiable de prédiction de fissure par la méthode des Éléments Finis (EF) dans les calculs de crash automobile. Une première partie de ce travail consiste en la caractérisation puis la modélisation du comportement jusqu’à l’amorçage d’un matériau ductile représentatif: les tôles d’acier DP450. Pour ce faire, des essais sont réalisés sur une large gamme de vitesses de chargement, de triaxialités, et à différentes températures. `{A} partir des résultats obtenus, un modèle numérique de comportement est établi en tenant compte des différents phénomènes observés influençant la fissuration: la plasticité, les effets de vitesse et l’endommagement. Le modèle ainsi défini permet de tenir compte de la plupart des phénomènes observés. Cependant, le recours aux modèles adoucissants pour la modélisation de l’endommagement et des effets thermiques à haute vitesse entraîne une dépendance pathologique des résultats au maillage utilisé (taille, orientation). Ce problème est résolu par l’implantation d’une méthode de régularisation non-locale adaptée aux calculs en dynamique rapide. Une variable non-locale est alors calculée à travers l’enrichissement d’éléments finis (solides et coques). Celle-ci est traitée comme un nouveau degré de liberté, facilitant ainsi l’échange de l’information entre les éléments tout en conservant la paraléllisation du code. Cette variable est ensuite introduite dans les équations constitutives permettant par la suite d’obtenir l’indépendance des résultats au maillage. La validation de l’approche proposée est finalement réalisée grâce à la confrontation avec des résultats expérimentaux.

Résumé de la thèse en anglais

In the event of a car crash, parts made of metal sheets are subjected to failure. Failure of ductile materials is currently not reliably predicted in an industrial context, involving additional costs and delays in the design process. This issue is then addressed in this Ph.D thesis work of the PSA Group carried out in collaboration with Onera and the Centre des Matériaux. The aim of this work is to develop and implement a reliable numerical strategy for crack prediction using the Finite Element Method (FE) in automotive crash simulations. A first part of this work consists in characterizing and then modelling the plastic and fracture behavior of a representative ductile material: the DP450 steel sheets. To do so, tests are performed over a wide range of loading rates, stress triaxialities, and at different temperatures. From the obtained results, a numerical constitutive model is built by taking into account the different observed phenomena influencing crack initiation and propagation: plasticity, strain-rate effects and damage. The constitutive model thus enables to take into account most of the observed phenomena. However, the use of softening models for modelling damage and thermal effects at high loading rate leads to a pathological dependence of the results on the mesh size and the mesh orientation. This problem is solved by the implementation of a non-local regularization method adapted to dynamic explicit computations. A non-local variable is then computed through the enrichment of finite elements (continuum and shell). It is therefore treated as a new degree of freedom, which facilitates the exchange of data between the elements while preserving the parallelization of the code. This variable is then introduced into the constitutive equations, allowing to obtain mesh independent results. The validation of the proposed approach is finally realized through the simulation of experimental results.

Titre anglais : Numerical modelling of crack initiation and propagation in ductile metallic sheets for crash simulations.
Date de soutenance : mercredi 11 décembre 2019 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech, 60 Boulevard Saint-Michel 75006 Paris – CC) L109
Directeurs de thèse : Jacques BESSON, Sylvia FELD-PAYET

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