Études expérimentales et numériques du comportement mécanique de l'alliage d'aluminium AA2024-T351 sous chargements cycliques.

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude de la fatigue de l'alliage d'aluminium AA2024-T351, un matériau largement utilisé dans la conception de structures aéronautiques. Ce choix s'explique par sa légèreté, ses excellentes propriétés mécaniques, ainsi que par une résistance accrue à la fatigue comparée à la plupart des alliages d'aluminium développés jusqu'à présent. L'objectif principal de cette étude est d'apporter une contribution significative à la compréhension du comportement de cet alliage soumis à des chargements cycliques, qu'ils soient en contrainte ou en déformation imposée. Ce travail rapporte ainsi un grand nombre de données expérimentales, incluant essentiellement des résultats d'essais monotones et de fatigue oligocyclique (à faible nombre de cycles) et mégacyclique (à grand nombre de cycles), permettant une analyse approfondie de la tenue en fatigue de l'alliage AA2024-T351. Le comportement en fatigue est en particulier décrit à l'aide des lois de Ramberg-Osgood (courbe d'écrouissage cyclique) et de Manson-Coffin-Basquin (courbe de Wöhler); cette dernière se révélant bien adaptée à la modélisation de la durée de vie en fatigue du matériau. Parallèlement, des investigations microstructurales ont été effectuées à l'aide de microscopes optiques et électroniques à balayage (MEB), permettant d'examiner les mécanismes d'endommagement et les faciès de rupture des éprouvettes rompues après des essais oligo et mégacycliques. Ces observations ont permis d'obtenir des informations précieuses sur la manière dont le matériau se dégrade sous des cycles de chargement répétés. Ces travaux de thèse se focalisent également sur la modélisation du comportement cyclique de l'alliage AA2024-T351, en s'attachant en particulier à identifier les paramètres matériau de lois élastoplastiques de type Lemaître et Chaboche. La procédure d'identification implémentée dans le logiciel MATLAB conduit à une représentation fidèle des boucles d'hystérésis expérimentales. Comme attendu, l'ajustement s'avère d'autant meilleur que le nombre de paramètres du modèle augmente. Néanmoins, dans le but d'obtenir des paramètres encore plus représentatifs du comportement de l'alliage sous sollicitations cycliques, des simulations numériques en 3D, réalisées avec le logiciel Eléments Finis ABAQUS et modélisant l'éprouvette réelle, ont permis d'affiner l'identification des paramètres matériau. Enfin, les résultats obtenus dans cette thèse offrent des perspectives importantes pour l'industrie aéronautique. Les avancées réalisées permettront de mieux anticiper les défaillances et de prolonger la durée de vie des matériaux, apportant ainsi des bénéfices considérables, tant sur le plan économique que sur le plan de la sécurité dans le secteur aéronautique.

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