Étude du comportement par des essais sur éprouvettes

L’identification de paramètres des lois de comportement par méthode inverse est présentée dans ce chapitre. Les identifications les plus classiques se basent sur des essais simples (trajets ra- diaux) avec des géométries standardisées d’éprouvettes. Il est courant de coupler des simulations éléments finis avec un code de minimisation de fonction objectif ([Nussbaum 2011], [Zribi 2013]) [Hor 2011]). Ces identifications peuvent aussi être effectuées à partir d’essais sur des éprouvettes structurales, où les champs mécaniques ne sont plus uniformes dans la zone analysée. Les tech- niques de mesure de champs par corrélation d’images peuvent alors apporter des informations sur la distribution des champs cinématiques [Grediac 2011]. Dans la section 2.2.5, une revue bibliographique sur les méthodes inverses d’identification a été présentée.Dans le cadre d’une étude sur la perforation d’une carlingue d’un avion, le comportement à la rupture, par une loi de Johnson Cook, de l’alliage d’aluminium de désignation 2024 T3 est caractérisé. L’identification des paramètres de la loi est effectuée à partir d’essais instrumentés de type Charpy, présentée dans la section 3.2.Des essais de compression sur machine Gleeble et sur barre d’Hopkinson ont été effectués sur des éprouvettes de cisaillement cylindriques appelées « éprouvettes chapeaux » en alliage 7075 T6. Cet essai a été présenté dans la section 2.2.4. Pendant les essais, les plus grandes vitesses de déformation observées sont comprises entre 1000 s.

Le comportement élastique de l’alliage d’aluminium de désignation 7075 T6 est considéré comme isotrope. Le module de Young est pris égal à 70 GPa, le coefficient de Poisson égal à 0,34. À cause des grandes vitesses de déformation, un couplage thermo-mécanique est utilisé (Équation 2.6). Le facteur , considéré constant, est pris égale à 90 %. La capacité thermique c est égale à 897 J/kg/K et la conductivité thermique à 237 W/m/K. L’alliage d’aluminium 7075 est ici considéré comme isotrope et suit un critère de type von Mises.Les essais et cette identification sont présentés et analysés ici. Deux méthodes d’identification des paramètres sont proposées. La première est une identification directe à partir de la contrainte et de la déformation équivalente de la zone de cisaillement(Équation 2.35 Équation 2.36). La deuxième est une identification par un couplage entre une simulation éléments finis et un algo- rithme d’optimisation (Annexe J).Les essais sont effectués sur une machine de type Gleeble (Annexe B) pour des vitesses de 0,0001 m/s à 0,1 m/s et à l’aide de barres d’Hopkinson en acier pour des vitesses de 10 m/s. La machine Gleeble est une machine de mise en compression d’éprouvettes. Elle est composée d’un vérin horizontal qui est couplé au mors de l’éprouvette ou découplé et venant taper dans un des mors qui maintient l’éprouvette. Une cellule de Force 3220BFG-25K (erreur sur la force de 0,04 %) permet de relever la force pendant l’impact. Le déplacement de la traverse est relevé par un extensomètre « joue contre joue » avec une course de 25 mm Dynamic Systems (erreur de 0,2 %). Le déplacement des faces de l’échantillon n’est donc pas immédiatement connu. Les barres d’Hopkinson utilisées sont des barres en acier (Marval 18). Le module de Young de ces barres est de 191.1 GPa. La masse volumique est de 7810 kg/m. Les jauges Vishay CEA-06-125UT-350 (erreur de 0,4%) placées sur chacune des barres permettent d’obtenir la force et le déplacement imposés aux bornes de chaque échantillon.

Les éprouvettes chapeaux sont usinées dans des barres cylindriques d’alliage d’aluminium 7075 T6 de diamètre 10 mm. Le plan des éprouvettes est donné sur la figure 3.1. La mise en compression de cette éprouvette impose une sollicitation en cisaillement dans la zone identifiée comme zone de cisaillement sur le plan. Dix essais ont été effectués : six sur la machine Gleeble (trois où le vérin est couplé aux mors et trois où le vérin vient impacter les mors) et quatre sur les barres d’Hopkinson.(W=0,1 mm). Les forces maximales de chaque essai tendent à augmenter avec la vitesse de déformation théorique. Cela est une première indication sur l’influence de la vitesse de déformation sur le comportement du matériau. La force expérimentale pendant l’essai est tracée en fonction du temps sur la figure 3.5 et la figure 3.6.