Identification de loi de comportement à partir des résultats d’essai Small Punch Test et par une approche IA : application à des aciers faiblement alliés

Le Small Punch Test (SPT) est une méthode expérimentale largement utilisée pour caractériser les propriétés mécaniques des matériaux, notamment pour les échantillons de petite taille ou dans des conditions où d’autres essais seraient difficiles à réaliser. Ce test permet d’évaluer des paramètres tels que la résistance, la ductilité, et la ténacité à partir de l’analyse de la déformation sous une charge appliquée sur un échantillon mince. Cependant il ne permet pas actuellement de déterminer la loi de comportement mécanique complète du matériau. Il a été et est largement utilisé pour rendre compte d’évolution de comportement mécanique de matériaux métalliques après irradiation, vieillissement thermique ou en contact avec un environnement.

Pour le projet OPTISCRAPS, l’enjeu de l’étude des propriétés mécaniques est de déterminer l’impact des évolutions des microstructures sur le comportement mécanique des matériaux. Dans le cadre de ce projet nous nous limiterons aux caractéristiques d’élasto-plasticité monotone des matériaux. Un des défis est de pouvoir déterminer les grandeurs mécaniques caractéristiques d’un essai de traction à partir d’échantillon homogène d’un point de vue de leur microstructure et donc de petite taille. C’est pourquoi, l’essai SPT, qui met en œuvre des échantillons de petites tailles (typiquement disque de 8 mm de diamètre et 0,5 mm d’épaisseur) a été choisi avec lors de la thèse l’étude d’une évolution vers des échantillons plus petits (4 mm de diamètre et 0,25 d’épaisseur), permettant le couplage avec les autres moyens mis en œuvre dans le projet. L’effet d’échelle dans la détermination des lois de comportement sera étudié. Afin de déterminer les propriétés mécaniques à partir des résultats de SPT, dans la suite de travaux déjà existants, une simulation avec approche inverse sera menée par l’étudiant en thèse. Son originalité sera dans la mise en œuvre d’une approche par IA physiquement fondée permettant une détermination non pré-définie des lois de comportement. De plus, l’essai de SPT sera instrumenté afin de conforter l’approche et définir les mesures les plus pertinentes lors de l’essai SPT. Des essais de traction menés aux mêmes échelles (sur mini éprouvette en MEB avec suivi de la déformation) seront menés afin de valider la méthodologie et d’en définir les limites. Enfin, le second défi est une systématisation de cette détermination à « haut » débit, ce qui devrait permettre d’étudier l’influence des évolutions des microstructures sur les lois de comportement et caractéristiques mécaniques des aciers suivant les éléments résiduels issus des matières premières.