Études numérique et expérimentale des grandeurs mesurables en indentation sphérique : influence du frottement et du mode d'écrouissage du matériau

Numerical and experimental studies of spherical indentation data: influence of the friction coefficient and the hardening behaviour

¹ LARMAUR, Campus de Beaulieu, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
² Institute of Fundamental Technological Research of the Polish Academy of Science, Swietokrzyska 21, 00-049 Varsovie, Pologne

Reçu : 16 Février 2009
Accepté : 26 Mars 2009

Résumé

Les résultats d'indentation sphérique obtenus expérimentalement sur des aciers au carbone ayant subi un traitement de globulisation sont comparés à ceux obtenus numériquement. L'étude des courbes d'indentation montre que le frottement a une influence négligeable sur la courbe de chargement et faible sur la courbe de déchargement. Les simulations numériques montrent que le type d'écrouissage, isotrope ou cinématique, a une influence non négligeable sur la courbe de décharge. Le retour du matériau est beaucoup plus important dans le cas d'un écrouissage cinématique surtout à la fin de la décharge. L'étude de la morphologie des empreintes confirme ce résultat. La morphologie des empreintes obtenue numériquement montre aussi que la hauteur de bourrelet est influencée faiblement par le type d'écrouissage et fortement par le frottement. La hauteur du bourrelet diminue avec l'augmentation du coefficient de frottement. Cette étude montre que les calculs par éléments finis effectués en considérant une loi de comportement élasto-plastique isotrope, écrouissable avec un écrouissage cinématique non nul et un coefficient de frottement non nul entre le matériau et l'indenteur, permettent d'obtenir des résultats numériques d'indentation très proches de ceux obtenus expérimentalement.

Abstract

The experimental results of spherical indentation obtained on globulized carbon steels are compared with those obtained numerically. The study of the indentation curves shows that friction has an negligible influence on the loading curve and a weak influence on the unloading curve. The numerical simulations show that isotropic or kinematic hardening has a considerable influence on the unloading curve. The unloading curves exhibit a greater curvature in the case of a kinematic hardening especially on the final part of theses curves. The study of the morphology of the imprints confirms this result. The imprint geometry obtained numerically shows that pile-up is slightly influenced by the type of hardening and strongly influenced by friction. The pile-up decreases with the increase in the friction coefficient. This study shows that finite elements simulations carried out by considering an isotropic elastic-plastic behavior, with kinematic hardening and a non-zero friction coefficient between the indenter and the indented material, make it possible to obtain numerical indentation results very close to those obtained in experiments.