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Étude de fracture inverse pendant les essais DWTT / Takahiro Sakimoto ; sous la direction de Jacques Besson

Auteur principal : Sakimoto, Takahiro, 1982-...., AuteurAuteur secondaire : : Besson, Jacques, 1963-...., Directeur de thèse, Membre du jury;Ohata, Mitsuru, Président du jury de soutenance;Nonn, Aida, Rapporteur de la thèse;Tanguy, Benoît, 1972-...., Membre du jury;Balan, Tudor, -...., Membre du jury;Madi, Yazid, 19..-, Membre du juryAuteur secondaire collectivité : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres, Organisme de soutenance;École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur, Paris, Ecole doctorale associée à la thèse;ENSMP MAT, Centre des matériaux, Evry, Essonne, Laboratoire associé à la thèse;École nationale supérieure des mines, Paris, Autre partenaire associé à la thèseLangue :de résumé, Français ; de résumé, Anglais.Publication :2018Dewey: 620.11Classification : 620Résumé : Pour les gazoducs, la résistance à la propagation ductile est reliée à la fraction surfacique de “shear area” mesurée dans l’essai Drop Weight Tear Test (DWTT). Récemment, un mode de rupture “inverse” a parfois été observé sur les éprouvettes DWTT dans cas d’aciers ayant une énergie Charpy très élevée. Ceci est un problème car la résistance à la propagation fragile est alors sous-estimée dans la cas d’aciers à haute ténacité. Une procédure pour évaluer l’effet de la rupture inverse manque encore. De plus, le mécanisme conduisant à la rupture inverse n’a pas été expliqué en détail. Il est donc important de développer des modèles de simulations permettant d’interpréter les essais DWTT présentant une rupture “inverse”. Cette étude vise à proposer un modèle de rupture pour l’essai DWTT représentant la rupture ductile en biseau ainsi que la rupture fragile. Cette étude comprend : (i) une modèle de plasticité anisotrope, (ii) une simulation de la rupture en biseau, (iii) un modèle de transition ductile—fragile. Bien décrire la plasticité est nécessaire pour bien estimer les contraintes et déformations dans la zone de fissuration. La rupture ductile est représentée avec un modèle GTN incluant un terme de germination dépendent du paramètre de Lode. La rupture fragile est étudiée avec le modèle de Beremin appliqué après simulation de la rupture ductile. A la lumière de cette simulation, il est possible de mieux comprendre l’essai DWTT. Ces résultats seront utiles pour promouvoir l’emploi des aciers à haute ténacité pour les gazoducs sous haute pression.; For the gas line-pipe, resistance to brittle fracture propagation is related to shear area fraction measured in Drop Weight Tear Test (DWTT). Recently, “so-called” inverse fracture is sometimes observed in DWTT specimens for line-pipe with high Charpy absorbed energy. The main problem of the inverse fracture is that the resistance to brittle fracture propagation is underestimated in case of high toughness steels. However, the rational guidelines to evaluate the effect of inverse fracture are still missing. Moreover, the mechanism of inverse fracture has not yet been clarified in details. It is important to establish the simulation models representing the DWTT fracture surface to clarify the mechanisms of inverse fracture. This study aims at the simulation model representing the slant ductile fracture and ductile to brittle transition during DWTT. The study includes the description of: (i) the anisotropic plastic behavior, (ii) slant ductile behavior and (iii) ductile to brittle transition behavior. The description of anisotropic plastic behavior is needed to be able to precisely estimate strains and stresses within the structures. The slant ductile fracture behavior is numerically investigated by using the GTN model with additional secondary void nucleation. The brittle fracture is studied by extending the Beremin model to brittle fracture initiation after slant ductile fracture. This study discusses the mechanism of inverse fracture during DWTT from these simulation results. This research results will be helpful to be able to use high toughness steels for natural gas line-pipes with high pressure transmission..Thèse : .Sujet - Nom d'actualité : Acier -- Ductilité -- Thèses et écrits académiques ;Matériaux -- Modèles mathématiques -- Thèses et écrits académiques
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En ligne
http://thesesprivees.mines-paristech.fr/2018/2018PSLEM081_archivage.pdf Exclu du prêt Thèse sous embargo jusqu'au 14/04/2022

Titre provenant de l'écran-titre

Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 14 avril 2022

Ecole(s) Doctorale(s) : SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

Partenaire(s) de recherche : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (Laboratoire), École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse)

Autre(s) contribution(s) : Mitsuru Ohata (Président du jury) ; Jacques Besson, Benoît Tanguy, Tudor Balan, Yazid Madi (Membre(s) du jury) ; Aida Nonn (Rapporteur(s))

Thèse de doctorat Sciences et génie des matériaux Paris Sciences et Lettres 2018

Pour les gazoducs, la résistance à la propagation ductile est reliée à la fraction surfacique de “shear area” mesurée dans l’essai Drop Weight Tear Test (DWTT). Récemment, un mode de rupture “inverse” a parfois été observé sur les éprouvettes DWTT dans cas d’aciers ayant une énergie Charpy très élevée. Ceci est un problème car la résistance à la propagation fragile est alors sous-estimée dans la cas d’aciers à haute ténacité. Une procédure pour évaluer l’effet de la rupture inverse manque encore. De plus, le mécanisme conduisant à la rupture inverse n’a pas été expliqué en détail. Il est donc important de développer des modèles de simulations permettant d’interpréter les essais DWTT présentant une rupture “inverse”. Cette étude vise à proposer un modèle de rupture pour l’essai DWTT représentant la rupture ductile en biseau ainsi que la rupture fragile. Cette étude comprend : (i) une modèle de plasticité anisotrope, (ii) une simulation de la rupture en biseau, (iii) un modèle de transition ductile—fragile. Bien décrire la plasticité est nécessaire pour bien estimer les contraintes et déformations dans la zone de fissuration. La rupture ductile est représentée avec un modèle GTN incluant un terme de germination dépendent du paramètre de Lode. La rupture fragile est étudiée avec le modèle de Beremin appliqué après simulation de la rupture ductile. A la lumière de cette simulation, il est possible de mieux comprendre l’essai DWTT. Ces résultats seront utiles pour promouvoir l’emploi des aciers à haute ténacité pour les gazoducs sous haute pression.

For the gas line-pipe, resistance to brittle fracture propagation is related to shear area fraction measured in Drop Weight Tear Test (DWTT). Recently, “so-called” inverse fracture is sometimes observed in DWTT specimens for line-pipe with high Charpy absorbed energy. The main problem of the inverse fracture is that the resistance to brittle fracture propagation is underestimated in case of high toughness steels. However, the rational guidelines to evaluate the effect of inverse fracture are still missing. Moreover, the mechanism of inverse fracture has not yet been clarified in details. It is important to establish the simulation models representing the DWTT fracture surface to clarify the mechanisms of inverse fracture. This study aims at the simulation model representing the slant ductile fracture and ductile to brittle transition during DWTT. The study includes the description of: (i) the anisotropic plastic behavior, (ii) slant ductile behavior and (iii) ductile to brittle transition behavior. The description of anisotropic plastic behavior is needed to be able to precisely estimate strains and stresses within the structures. The slant ductile fracture behavior is numerically investigated by using the GTN model with additional secondary void nucleation. The brittle fracture is studied by extending the Beremin model to brittle fracture initiation after slant ductile fracture. This study discusses the mechanism of inverse fracture during DWTT from these simulation results. This research results will be helpful to be able to use high toughness steels for natural gas line-pipes with high pressure transmission.

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