Compte rendu de la réunion du GST :

22 et 23 mai 2001

Centre d'Essais Aéronautique de Toulouse

F. Hild et L. Rota

Ce groupe se veut un lieu d'échange autour de la modélisation du comportement et de la rupture des matériaux sous sollicitations dynamiques. Les problèmes traités concernent la formulation, l'identification et l'implantation de lois de comportement fiables de matériaux sous sollicitations dynamiques (i.e., pour des vitesses de déformations supérieures à 1 s^-1), l'objectif étant de modéliser le comportement, les dégradations (e.g. endommagement) et la ruine (e.g. rupture) de ces matériaux (aucune classe de matériaux n'est exclue a priori). Créé conjointement par les associations DYMAT et MECAMAT, ce groupe de travail est devenu GST de l'AFM en 2001. La première réunion du groupe a eu lieu en avril 2000 à Poitiers et les conclusions des deux journées ont donné lieu à un article (A. Dragon, F. Hild, L. Rota et H. Trumel, 2000, Modélisation du comportement et de la rupture des matériaux sous sollicitations dynamiques, Mécanique & Industries, 1 (5), pp. 521-537).

Cette année, la réunion s'est tenue au CEAT et a permis la visite (très instructive) d'une partie des installations expérimentales du CEAT. 12 exposés ont été présentés. Ils portaient sur divers aspects allant de l'expérimentation à la simulation en passant par la modélisation du comportement et de la ruine de matériaux sous sollicitations dynamiques. Les résultats des débats et la synthèse finale peuvent se rassembler autour de quelques lignes de force :

• nécessité d’une méthodologie qui intègre les aspects expérimentaux, théoriques et numériques sur le même plan. Expérience, modélisation, et simulation numérique doivent rester étroitement liées, et des résultats probants ne semblent pas pouvoir être obtenus sans une forte synergie entre elles.
• manque de méthodes expérimentales fiables. Une action de normalisation de l'essai de compression aux barres de Hopkinson sera engagée durant le deuxième trimestre 2001 sous l'égide de l'association DYMAT. D'autre part, l'utilisation de techniques modernes de mesures de champs de déplacement et de température sont apparues comme souhaitables dans un avenir très proche. Enfin, des moyens nouveaux sont développés tels que la tour de crash à l'ONERA (Lille) pour lesquels toute l'installation est modélisée. Ceci est également le cas pour les essais de crash sur aéronefs pour lesquels la connaissance des conditions aux limites est maintenant couramment évaluée et utilisée dans les simulations. Enfin, des efforts sont en cours pour pouvoir atteindre des vitesses de déformations dans la gamme 100-1000 s^-1 qui est difficilement accessible par les machines de traction grande vitesse et/ou par les barres de Hopkinson.
• besoin de lois de comportement simples, fiables, et facilement identifiables. On peut ainsi noter que l'un des axes prioritaires du domaine technique "matériaux" de la DGA concerne les activités développées notamment au sein du groupe ; en particulier en ce qui concerne l'écriture de modèles implantables dans des codes de dynamique et la mise en place de banques de données pour différentes classes de matériaux.
• nécessité, dans de nombreux cas, d’une meilleure prise en compte des processus physiques de déformation. Il est ainsi apparu que des mécanismes particuliers pouvaient apparaître pour des vitesses de sollicitations importantes (e.g., maclage) qui nécessitent des modifications de lois couramment utilisées (e.g., Johnson - Cook) et mises en défaut dans ce cas particulier. D'autre part, la prise en compte de l'état initial du matériau (e.g., obtenu par hydroformage) devient de plus en plus nécessaire notamment dans des simulations de crash pour lesquelles sa non prise en compte conduit à des prévisions pessimistes des capacités d'absorption d'énergie.
• besoin de prise en compte de la notion de variabilité, notamment pour les matériaux à comportement fragile (e.g., béton, céramiques ou roches). Dans le cas de l'abattage de roches, des codes de simulation de la détonation d'explosifs sont maintenant disponibles et fiables ; reste à les coupler avec des modèles de fragmentation afin de pouvoir prévoir la blocométrie à la suite d'une utilisation d'explosifs civils. D'autre part, les variabilités observées lors d'essais de compression sur céramiques étaient liées à des défauts extrinsèques (i.e., rugosité de surface) et non intrinsèques (i.e., défauts de frittage).
• aspects microstruturaux des matériaux. Il a été montré que sur une même dénomination de céramique mais pour deux modes d'obtention différents, les propriétés de rupture pouvaient être totalement différentes. Ceci est également le cas pour des alliages de titane qui sont plus ou moins sensibles au cisaillement adiabatique suivant leur microstructure.
• manque crucial de description et, plus généralement, de connaissances des processus de rupture. En particulier, ceci concerne l'évaluation de critères de début de propagation dans des matériaux à comportement fragile ou ductile.
• besoin d’outils numériques adéquats et fiables, absence presque totale d’outils adaptés à la description de la rupture. Une des questions actuelles concerne la prise en compte des effets d'inertie dans la formulation de lois de comportement (i.e., micro-inertie) et plus spécifiquement dans la formulation de modèles d'endommagement quasi-fragile ou ductile. D'autre part, des phénomènes d'impénétrabilité (ou dwell) des céramiques (aux alentours de vitesses d'impact de 1500m/s) restent encore partiellement inexpliqués et correctement décrits.
• déficit notable en terme de modélisation du comportement et de la rupture de multimatériaux et d'assemblages. Ceci est flagrant pour la description du comportement de composites pour certains desquels une sensibilité à la vitesse de déformation est observées lors d'essais à ±45° et aucune pour des essais à 0°.

Des actions spécifiques débutent ou continuent suite aux discussions engagées lors des deux journées :

• le groupe mandate C. Courmier (PSA), E. Deletombe (ONERA) et A. Fanget (CEG) pour mettre en place un réseau pour l'utilisation d'un code de calcul "école" en dynamique en vue de pouvoir servir de plate-forme commune au groupe en vue de pouvoir implanter et tester de nouvelles lois de comportement, de connaître et maîtriser les schémas numériques classiquement employés en dynamique.
• Il est prévu la mise en place d'une liste de discussion MECADYMAT, liste à laquelle auront accès tous les participants aux réunions du groupe. Cette liste sera le moyen de communication privilégié en ce qui concerne les activités du groupe. On peut noter que le groupe apparaît déjà sur le site de l'AFM (www.afm.asso.fr) et de MECAMAT (www.mecamat.asso.fr/Gr-Travail.html#MécaDymat).
• L'ensemble des transparents présents lors des deux journées sera distribué comme cela avait été fait l'année passée.

Le format et fonctionnement adopté lors des deux premières réunions s’est révélé favorable aux échanges et aux discussions, le caractère convivial de la réunion étant jugé essentiel par l’ensemble des participants. Il sera par conséquent poursuivi dans le futur.

• Journée thématique DYMAT sur les matériaux fragiles, Saint Jean de Luz, 11 et 12 octobre 2001.

• Pas de réunion annuelle du groupe en 2002 car les thématiques du groupe sont regroupées dans une session des Assises Matériaux. Par contre, il n'est pas exclu d'organiser une réunion spécifique autour des actions engagées concernant le code "école".

• Journée thématique DYMAT sur la problématique d'absorption d'énergie, Belgique, septembre 2002.

• Matériaux 2002 à Tours, 21-25 octobre 2002. Session sur le comportement et la rupture des matériaux sous sollicitations dynamiques.

• L'ONERA (Lille) se propose pour accueillir la 3^e réunion MécaDymat durant le deuxième trimestre 2003.

• Congrès EURODYMAT, Porto, septembre 2003.

• Candidature du groupe pour organiser le colloque National MECAMAT en janvier 2004.

Laurent ROTA Tél : 01.42.31.96.71 Fax : 01.42.31.99.38 Email : lrota@etca.fr

François Hild Tél : 01.47.40.21.92 Fax : 01.47.40.22 40 Email : hild@lmt.ens-cachan.fr