Projet ANR-14-CE07-0037 – SEMAFOR : Simulation et caractérisation ExpériMentAle de la FissuratiOn en plasticité généRalisée
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Chiaruttini Vincent (OFFICE NATIONAL D'ETUDES ET DE RECHERCHES AEROSPATIALES -  ONERA CENTRE DE PALAISEAU)
Partenaires : Centre des Matériaux; Laboratoire de Mécanique et Technologie; Divers public; Divers public; SAFRAN
Montant : 733070.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Le projet SEMAFOR a pour objectif d’apporter des contributions significatives à la caractérisation expérimentale, la modélisation et la simulation numérique de la propagation de fissures de fatigue en conditions de plasticité généralisée. Ces travaux sont motivés par des exigences industrielles fortes pour la prévision de la durée de vie de composants critiques aéronautiques, en particulier les chambres de combustion où des fissures peuvent apparaître en service. La dégradation de ce type de structure est le fruit d’un ensemble de phénomènes complexes dont les interactions sont délicates à prendre en compte : les fissures observées évoluent ou s’initient à proximité de trous de refroidissement qui générèrent des gradients thermiques et mécaniques importants, pour des chargements de fatigue multiaxiale et des environnement oxydants. Ces chargements conduisent à une perte du confinement plastique à la pointe de fissure, pour lesquels on parle de fissuration en plasticité généralisée.
Les technologies d’analyse de ces processus ont beaucoup progressé ces dernières années : que ce soit grâce à l’amélioration des méthodes d’observation in situ pour des essais complexes, l’introduction de nouveaux modèles pour l’endommagement et la rupture, ou le développement d’algorithmes exploitant les machines à architecture parallèle. Aussi, le projet SEMAFOR vise à rassembler des compétences de plusieurs équipes, spécialistes des thématiques concernées, pour proposer de nouveaux modèles et stratégies de calcul capables de simuler avec satisfaction des phénomènes de fissuration observés industriellement avec une bien meilleure prédictibilité que les méthodes disponibles actuellement dans la littérature. Pour atteindre cet objectif, en se concentrant sur le cas des chambres de combustion, des travaux en forte interaction sont prévus sur des aspects expérimentaux, de modélisation et de simulation numérique haute performance.
La partie expérimentale du projet portera sur la caractérisation de la vitesse de propagation et du chemin de fissuration en se consacrant à l’étude de la bifurcation de fissure en plasticité généralisée en conditions isothermes. Les vitesses de fissuration seront déterminées en mode I et en mode mixte I+II à l’aide d’une machine de fatigue biaxiale coplanaire, pour des éprouvettes pleines et multiperforées. Des essais de propagation de fissure pour des chargements de fatigue anisotherme serviront à valider expérimentalement les modélisations issues des analyses isothermes. Le matériau étudié sera un superalliage base cobalt, le HA 188, pour lequel nous disposons d’un modèle de comportement anisotherme établi au cours de précédents travaux.
Pour les aspects de modélisation, on se propose, d’une part, de développer des compétences acquises depuis une dizaine d’années permettant de disposer de modèles et d’outils numériques pour traiter la problématique de la fissuration en présence de phénomènes de plastification étendue, soit avec des approches cohésives, soit à l'aide d’intégrales invariantes pour les comportements standards généralisés ou même de modélisation par endommagement non-local. D’autre part, le développement d’un critère de bifurcation adapté à la fissuration en plasticité généralisée sous chargement multiaxial, sera entrepris, avec un objectif d'application à l’ensemble des modèles retenus.
Dans tous les cas, la complexité des modèles envisagés, conduit à des problèmes discrétisés de très grandes dimensions. Il est donc indispensable de disposer d'approches permettant de bénéficier au mieux des nouvelles architectures de calcul massivement multi-coeurs via des algorithmes à plusieurs niveaux de parallélisme pour le calcul, l’estimation d’erreur et l’adaptation de maillage. Les entités en présence disposant déjà de moyens de calcul distribués, ce projet aura pour ambition de démontrer la faisabilité de simulations, dans un contexte de fissuration, pouvant atteindre plusieurs centaines de millions d'inconnues.