Caractérisation et compréhension du comportement en fatigue des structures en alliages d’aluminium soudées par le procédé FSW (friction stir welding)

Abstract

ميكانيكا الكسر تعالج وجود التشققات وتوفر الأدوات اللازمة لتحليل الهياكل المتشققة. هدفها هو التنبؤ بتطور هذه العيوب وتمييز صلابة المواد. الهياكل المعدنية التي يتم تجميعها عن طريق اللحام هي مناطق مفضلة لظهور العيوب لحام الاحتكاك بالحرارة هو تقنية لحام حديثة مدرجة في الأبحاث الحالية لتحل محل العمليات التقليدية. على الرغم من وجود عدد من المنشورات حول هذه العملية إلا أن التوصيف والتحليل العددي لضرر العيوب في مختلف مجالات هذه المفاصل لا يزال محدودا هذه الأطروحة هي بالإضافة إلى الدراسات البحثية المختلفة التي تتناول السلوك الميكانيكي لسبائك الألمنيوم الملحومة FSW وتساهم بشكل كبير في فهم عدد من سلوك التحميل والتعب الثابت للمفصل 2024T351. والهدف من ذلك هو دراسة تأثير عدم التجانس المجهرية الناجم عن عملية اللحام FSW على عدم تجانس السلوك الميكانيكي المحلي في المفصل الملحوم. في هذا السياق، يتم فحص محاكاة انتشار الشقوق الثابتة في المناطق المختلفة لمفصل FSW 2024T351 في وجود اللدونة الممتدة تحت فرضية التحميل النسبي. يتم التركيز بشكل خاص على النهج العالمي لميكانيكا الكسر. تم إجراء المحاكاة العددية باستخدام نموذج منطقة التماسك المتماسك كجزء من طريقة العناصر المحدودة الممتدة XFEM. يسمح أسلوب XFEM بالحصول على معلمات التكسير مثل J متكامل وعامل شدة الإجهاد في كل منطقة من مفصل 2024T351 ، من أجل تمديد السلامة الميكانيكية لهذا المفصل. بالإضافة إلى ذلك، فإن اختبارات محاكاة التعب باستخدام الطريقة الدورية المباشرة على مفاصل 2024T351 جعلت من الممكن إثبات السلوك المحلي (إجهاد الإجهاد) في كل منطقة من مناطق المفصل وكذلك منحنيات التكسير. من حيث نتائج الاختبارات الدورية، هناك تكيف مرن للمواد في مناطق مختلفة من المفصل بعد التثبيت حول تشوه غير صفري. من ناحية أخرى، تحدد منحنيات التكسير سلوكًا محددًا جدًا للتشققات القصيرة في المناطق المختلفة التي تشكل هذا المفصل الملحوم. تتكون النتائج العددية من إثبات القدرة الميكانيكية للمفصل الملحوم 2024T351 وبالتالي تسليط الضوء على عدم تجانس السلوك الميكانيكي للمفصل الملحوم وتقييم تأثير عملية FSW على تمزق مناطق FSW هذه La mécanique de la rupture admet l’existence des fissures et fournit des outils nécessaires à l’analyse des composantes fissurés. Son objectif est de prédire l’évolution de ces défauts et de caractériser la ténacité des matériaux. Les structures métalliques assemblées par soudage sont des zones privilégiées pour l’apparition des défauts. Le soudage par friction malaxage est une récente technologie de soudage envisagé dans les recherches actuelles pour remplacer les procédés conventionnels. Malgré un bon nombre de publication sur le procédé FSW, la caractérisation et L’analyse numérique de la nocivité des défauts dans les différentes zones de ces joints restent limitées. Cette thèse s’ajoute aux différents travaux de recherche qui traitent le comportement mécanique des alliages d’aluminium soudée par le procédé FSW et contribue fortement à comprendre numériquement le comportement en chargement statique et en fatigue du joint 2024T351. L’objectif est d’étudier l’effet des hétérogénéités microstructurales induites par le procédé de soudage FSW sur les hétérogénéités de comportement mécanique local dans le joint soudé. Dans ce cadre, on aborde la simulation de la propagation de fissure en statique dans les différentes zones du joint FSW 2024T351, en présence de la plasticité étendue sous l’hypothèse de chargement proportionnel. On insiste plus particulièrement sur l’approche globale de la mécanique de la rupture La simulation numérique a été accomplie à l’aide du modèle de zone cohésive cohérente dans le cadre de la méthode des éléments finis étendue XFEM. L’approche XFEM permet l’obtention des paramètres de fissuration que sont l’intégral J et le facteur d’intensité de contraintes dans chacune des zones du joint 2024T351, afin d’étendre l’intégrité mécanique de ce joint. En complément, des essais de simulations en fatigue par la méthode cyclique direct sur le joints 2024T351 ont permis d’établir le comportement local (contrainte – déformation) dans chacune des zones du joint ainsi que les courbes de fissuration. En termes de résultats des essais cycliques une adaptation élastique des matériaux dans les différentes zones du joint après stabilisation autour d’une déformation non nulle. D’autre part, les courbes de fissuration définissent un comportement tout à fait spécifique des fissures courtes dans les différentes zones constituant ce joint soudé. Les résultats numériques consistent à prouver la capacité mécanique du joint soudé 2024T351 et mettre ainsi en évidence les hétérogénéités de comportement mécanique du joint soudé et d'évaluer l'impact du procédé FSW sur la rupture de ces zones FSW.