Modélisation par éléments finis d'essais de caractérisation de la sensibilité des tôles métalliques à l'hydrogène

La modélisation des interactions hydrogène-matériau et des risques de fragilisation par l’hydrogène constitue un enjeu important pour la fiabilité des simulations numériques de structures, notamment dans les secteurs du stockage et de transport de l’hydrogène. Dans le domaine de la mise en forme des tôles métalliques, les interactions entre la plasticité et l’hydrogène doivent également être prises en compte, nécessitant la maitrise dans des simulations par éléments finis de couplages diffusion-plasticité-rupture. Dans la présente étude, des procédures numériques spécifiques (UMAT, UMATHT, DISP, UEL) ont été développées dans le code de calcul par éléments finis Abaqus© pour résoudre des problèmes non-linéaires couplés impliquant diffusion, comportement mécanique et rupture en chargement complexe. Des lois phénoménologiques ont été utilisées pour décrire le comportement élastoplastique, la diffusion et le piégeage de l’hydrogène. La rupture assistée par diffusion d’hydrogène a été modélisée par éléments cohésifs dont la loi de comportement dépend de la concentration locale en hydrogène. Ces outils numériques ont été appliqués à la simulation de deux types d’essais mécaniques spécifiques de caractérisation de la sensibilité des tôles métalliques à l’hydrogène : - un « essai de disque » à rupture sous pression d’hydrogène gazeux, prenant en compte l’interaction entre diffusion et rupture via des éléments cohésifs. Les calculs ont permis de reproduire des résultats expérimentaux pour différentes conditions d’essai. - un essai de pliage en U (U-Bend), consistant en un chargement en hydrogène cathodique après déformation plastique par pliage. Le couplage entre diffusion et champs mécaniques, et la rupture assistée par la diffusion sont considérés. Des simulations ont également été effectuées sur des polycristaux afin d’analyser les hétérogénéités de contrainte et de déformation liées à l’anisotropie locale du matériau, et leur influence sur la diffusion et le piégeage d’hydrogène

Simulation numérique par éléments finis d'agrégats polycristallins soumis à des chargements thermomécaniques issus du soudage

Le soudage multi-passes de tubes en acier inoxydable austénitique implique des chargements thermomécaniques cycliques complexes, susceptibles d’affecter le matériau au-delà de la zone affectée thermiquement, et dont les effets sur les hétérogénéités de contraintes et de déformations intra et intergranulaires sont encore mal compris. Afin d’analyser numériquement l’influence des textures cristallographique (orientations et désorientations cristallines) et morphologique (taille et forme des grains) sur ces hétérogénéités, des simulations par éléments finis sur des structures idéalisées ont été effectuées à l’aide du code de calcul Abaqus©. Des agrégats polycristallins 3D ont été générés par extrusion de géométries 2D, issues de pavages réguliers ou d’images de microstructures réelles déterminées par MEB-EBSD. Le comportement du monocristal a été supposé thermoélastoviscoplatique anisotrope. L’orientation de chaque grain a été définie soit à partir des mesures EBSD, soit générée aléatoirement. Les conditions de chargement ont été appliquées à partir d’un calcul de soudage réalisé par Areva avec le logiciel Sysweld. La prise en compte dans Abaqus de l’ensemble de ces hypothèses a nécessité le développement de procédures utilisateurs permettant aux deux logiciels de communiquer et de traiter ainsi l'aspect multi-échelle. Les paramètres de la loi de comportement ont été identifiés par méthode inverse à partir de données de la littérature sur le comportement du matériau en traction à différentes températures, de 300 à 1200 K. Des procédures spécifiques de post-traitement en python ont également été développées, notamment pour calculer les contraintes normales et tangentielles aux joints de grains. Les résultats montrent les évolutions de distributions de champs mécaniques pour différentes configurations, caractérisées par des désorientations aléatoires ou exacerbées, et pour différentes orientations des joints de grains par rapport aux axes du chargement imposé. Les résultats sont discutés par comparaison avec les simulations numériques réalisées pour un comportement mécanique isotrope sur un matériau homogène

Absent B Cells, agammaglobulinemia, and Hypertrophic Cardiomyopathy in Folliculin-interacting Protein 1 Deficiency

Agammaglobulinemia is the most profound primary antibody deficiency that can occur due to an early termination of B-cell development. We here investigated 3 novel patients, including the first known adult, from unrelated families with agammaglobulinemia, recurrent infections, and hypertrophic cardiomyopathy (HCM). Two of them also presented with intermittent or severe chronic neutropenia. We identified homozygous or compound-heterozygous variants in the gene for folliculin interacting protein 1 (FNIP1), leading to loss of the FNIP1 protein. B-cell metabolism, including mitochondrial numbers and activity and phosphatidylinositol 3-kinase/AKT pathway, was impaired. These defects recapitulated the Fnip1-/- animal model. Moreover, we identified either uniparental disomy or copy-number variants (CNVs) in 2 patients, expanding the variant spectrum of this novel inborn error of immunity. The results indicate that FNIP1 deficiency can be caused by complex genetic mechanisms and support the clinical utility of exome sequencing and CNV analysis in patients with broad phenotypes, including agammaglobulinemia and HCM. FNIP1 deficiency is a novel inborn error of immunity characterized by early and severe B-cell development defect, agammaglobulinemia, variable neutropenia, and HCM. Our findings elucidate a functional and relevant role of FNIP1 in B-cell development and metabolism and potentially neutrophil activity

Contribution a la caracterisation du comportement en emboutissage en retreint d'une tole d'alliage Al-Mg 2% : application d'un critere d'instabilite plastique a l'apparition de bandes de cisaillement

SIGLECNRS T 57633 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Effet du temper-rolling et du vieillissement sur le comportement mécanique en trajets séquencés d aciers ferritiques bas carbone pour l emballage

L objectif de la thèse est l analyse et la modélisation de l écrouissage d aciers ferritique bas carbone pour emballage pré-écrouis par temper-rolling, à l aide de lois de comportement phénoménologiques pertinentes pour la simulation numérique des opérations de mise en forme. L étude a porté sur des tôles très minces d aciers d intérêt industriel avec (ULC, ML/TH) ou sans (IF) sensibilité au vieillissement, considérées après différentes réductions d épaisseur par temper-rolling. La caracte risation expérimentale des microstructures et textures initiales par EBSD et DRX a permis d analyser la morphologie des grains et la distribution spatiale des composantes principales de la texture. L étude du comportement mécanique, basée sur des essais de cisaillement simple monotone et inversé, a mis en évidence les effets attribués au changement de trajet temper-rolling/cisaillement simple et/ou à l état de vieillissement, sources d hétérogénéités macroscopiques de déformation. Le modèle d écrouissage de Teodosiu-Hu a été utilisé pour décrire le comportement global. Plusieurs variantes du modèle (simple ou double écrouissage cinématique, loi d évolution de l écrouissage isotrope de type puissance ou saturant, critère de plasticité isotrope ou non) ont été examinées pour décrire au mieux les spécificités de comportement de chacune des familles d aciers étudiées. Dans chaque cas, une identification globalement satisfaisante a pu être obtenue. De plus, le modèle a donné des prévisions encourageantes de l effet du temper-rolling sur le comportement en cisaillement simple monotone des aciers ULC.The aim of this work was the hardening analysis and modelling of temper-rolled low carbon ferritic steels for packaging, thanks to phenomenological constitutive laws relevant for sheet metal forming simulation. The study was focused on very thin steel sheets of industrial interest steels prone (ULC, ML/TH) or not (IF) to ageing, after different temper-rolling reductions. The experimental characterization of the initial microstructures and textures with EBSD and XRD permitted the analysis of the grains morphology and of the spatial distribution of the main texture components. The study of the mechanical behaviour, based on monotonous and reverse simple shear tests, have shown the effects of the strain-path change temper-rolling/simple shear and/or of the ageing state, responsible for macroscopic strain heterogeneities. The Teodosiu-Hu model was used to describe the global behaviour. Several versions of the model (simple or double kinematic hardening, power law or saturating law for isotropic hardening, isotropic or anisotropic yield criteria) have been tested to correctly describe the main features of the mechanical behaviour of the different steels. Global satisfactory identification is obtained for all the investigated materials. Moreover, the model was able to give promising predictions of the effect of temper-rolling on the ULC steels behaviour for monotonous simple shear test after temper-rolling.PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

Analyse et modélisation du comportement en chargement inversé d'aciers ferritiques et micro-alliés : prise en compte de la taille de grains et des précipités dans les lois d'écrouissage mixte

L'objectif de la thèse est d'analyser et modéliser l'influence de la taille de grains et des précipités sur l écrouissage en chargement inversé d'aciers ferritiques et micro-alliés (HSLA), afin d'élaborer des lois d écrouissage mixte (isotrope et cinématique) dépendant explicitement de paramètres microstructuraux. La caractérisation expérimentale de la microstructure initiale des aciers HSLA a permis d obtenir les paramètres morphologiques (taille de grains, fraction et taille des précipités ) utiles pour la modélisation du comportement. La caractérisation du comportement mécanique des différents matériaux a été effectuée à l'aide d'essais de cisaillement simple monotone et inversé. Une attention particulière a été accordée aux évolutions de l effet Bauschinger en fonction de la prédéformation imposée et à l existence de régimes transitoires d écrouissage . Un modèle scalaire d écrouissage mixte inspiré d une approche de type KME est présenté. L écrouissage cinématique est considéré comme la somme de deux termes, attribués respectivement à l effet de joint de grains et à l effet des précipités. Ce modèle permet de prévoir pour les aciers considérés, présentant différents paramètres morphologiques, le comportement en chargement monotone ainsi que l évolution de l effet Bauschinger en fonction de la prédéformation. Dans le cas du chargement inversé, la réponse du modèle est comparée à celles issues de différents modèles phénoménologiques d écrouissage mixte. Les résultats sont encourageants et montrent que l on peut prévoir partiellement la dépendance de l écrouissage global en fonction de caractéristiques microstructurales moyennes.The aim of this work is to analyze and to model the effect of grain size and of the precipitates on the macroscopic behaviour of ferritic and micro-alloyed steels (HSLA) under reverse loading in order to develop a predictive mixed (isotropic and kinematic) hardening law for such materials. The experimental characterization of the initial microstructure of the HSLA steels has been done to obtain the quantitative results of the morphological parameters such as the mean grain size, the volume fraction and the size of the precipitates. Furthermore, the macroscopic mechanical behaviour have been investigated using monotonous and reverse simple shear tests. Special attention have been paid to the evolution of the Bauschinger effect and to the existence of transitory hardening regimes. A mixed hardening law have been proposed based on the KME approach. Two additive terms have been used for the kinematic hardening, linked to the grain size and to the precipitates effects respectively. The proposed model was able for the considered steels with various morphological characteristics to describe and to predict the macroscopic behaviour under monotonic loading and the evolution of the Bauschinger effect with prestrain. Finally, the model response under reverse loading has been compared to those obtained using classical phenomenological hardening laws. The results show that it is possible to obtain a partial prediction of the global hardening using mean values for the microstructure parameters.PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

Modeling hydrogen dragging by mobile dislocations in finite element simulations

International audienceFinite element simulation modeling permits to predict hydrogen concentration for various initial boundary-values problems, but the results depend on the underlying transport mechanisms accounted for. Trapping process is a key factor in the apparent hydrogen diffusion, and the case of mobile traps as dislocations needs modification of the hydrogen transport equation usually considered in the literature. An extension of this model is proposed where hydrogen dragging by mobile traps is modeled by reaction-diffusion equations, involving trapping and detrapping kinetic, and is applied for evolving trap density with plastic strain. The consequences of trapped hydrogen mobility on diffusive hydrogen repartition in a reference Small Scale Yielding configuration are focused on, especially in term of acceleration of hydrogen transport. The potentiality of the model is illustrated by the modeling of the trapped hydrogen breakaway from fast moving dislocations

Analyse expérimentale de l'endommagement d'un composite à matrice ferritique Fe-TiB2 en chargement complexe

Les composites à matrice métallique présentent un intérêt considérable pour l’allègement des structures si l’amélioration de leur module spécifique s’accompagne d’un bon rapport résistance/ductilité. Le développement récent et prometteur de composites à matrice en acier ferritique renforcée par des particules céramiques fragiles nécessite l’analyse des mécanismes d’endommagement lors de différents chemins de chargements jusqu’à de grandes déformations plastiques pour une bonne compréhension de leur comportement mécanique afin d’optimiser leurs propriétés d’usage. La présente étude, soutenue par le projet ANR-09-MAPR-0001-05, porte sur l’analyse expérimentale de mécanismes d’endommagement statistiquement représentatifs de nouveaux composites à matrice ferritique renforcés par des particules TiB2 , lors d’essais de cisaillement simple monotone et inversé, et lors d’essais in-situ de flexion sous microscope électronique à balayage (MEB). Les évolutions microstructurales sont analysées par MEB et par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). L’analyse quantitative de l’endommagement est réalisée à l’aide d’outils numériques de traitement d’images développés sous Matlab©. A l’état initial, les textures morphologique et cristallographique des particules sont très marquées, avec une distribution hétérogène caractérisée par deux populations distinctes. Après quelques pourcents de déformation plastique, des marques d’endommagement sont visibles dans les particules, et augmente avec la déformation cumulée. L’endommagement se manifeste d’abord dans les grosses particules, et correspond essentiellement à des ruptures en mode d’ouverture de particules mono ou polycristallines. L’effet de taille de grain de la matrice et du type de chargement sur l’endommagement de ces composites est discuté, ainsi que la comparaison de leur rhéologie globale avec celle du matériau de base

Experimental and numerical analysis of mechanical fields on cross-shaped specimens for stress corrosion cracking of cold-worked austenitic stainless steels exposed to primary environment

A stress corrosion cracking (SCC) test was performed on a cold-worked austenitic stainless steel in simulatedprimary water, using a cross-shaped specimen permitting sequential loading. Crack density and location wereinvestigated by scanning electron microscopy after the SCC test. To analyse the mechanical fields in the crackingareas, finite element simulations of the whole mechanical loading were conducted, involving both strain-pathand temperature changes. Combined isotropic-kinematic hardening was used as constitutive equation andidentified with tensile tests performed at room temperature and at 340 ◦C. Partial validation of the model wasobtained by comparison of numerical strain fields with experimental measurements obtained by digital imagecorrelation performed on a representative “ex-situ” test in air. Variations of the strain and stress fields during thistest were discussed in relation with the cracking network observed at the end of the SCC test