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

Abstract

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