Simulation de la localisation de la déformation plastique par dynamique des dislocations discrètes et plasticité cristalline

Simulation of plastic strain localization by Discrete Dislocation Dynamics and crystal plasticity

• Auteur / Autrice : Baptiste Joste
• Direction : Henry Proudhon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SIMS - Simulation des matériaux et des structures - MAT
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Localisation

Dislocations

Polycristaux

Bandes de glissement

Dynamique des dislocations discrètes

Méthode des éléments finis

Localization

Dislocations

Polycrystals

Slip bands

Discrete dislocation dynamics

Finite element method

Résumé

Comprendre les processus de déformation conduisant à la défaillance des matériaux de structure polycristallins est l'un des principaux défis de la science des matériaux. Des progrès importants ont été accomplis au cours des dernières décennies, grâce à la fois à des techniques de caractérisation expérimentale de pointe et à des méthodes de calcul. Pourtant, la localisation de la plasticité dans les bandes de glissement et la propagation de la plasticité à travers un agrégat polycristallin ne sont pas entièrement comprises. L'investigation de tels phénomènes est l'objectif du projet ANR 3DPolyPlast à partir de mars 2020. Au sein du 3DiPolyPlast, cette position ouverte sera particulièrement centrée sur les objectifs 3 et 4. Les caractérisations électroniques et synchrotron réalisées dans les 2 autres projets Ph. D. seront comparées aux résultats de simulation réalisés sur copies numériques («clones») ) des microstructures de grains 3D mesurées. Dans l'approche de simulation multi-échelles proposée, des simulations de dislocations discrètes (DD) seront utilisées afin de mieux modéliser le comportement individuel et collectif des dislocations à la méso-échelle. La concentration des contraintes à l'origine de la localisation des déformations dans les bandes glissantes est naturellement reproduite par des simulations DD. La modélisation des frontières dans de telles simulations n'est pas triviale et sera abordée dans le cadre du modèle discret-continu (DCM) qui couple les calculs d'éléments finis de plasticité cristalline effectués sur l'agrégat polycristallin complet avec des simulations DD à l'intérieur d'un seul grain. Cette méthode est basée sur la théorie de l'élasticité du continuum, qui fournit la description du champ de déformation élastique induit par les dislocations, leur interaction mutuelle et leur interaction avec un champ de contraintes externe. Le fort avantage de cette méthode est que la concentration des contraintes à l'origine de la localisation des déformations dans les bandes de glissement peut être simulée avec précision par des calculs DD.

Understanding the deformation processes leading to the failure of polycrystalline structural materials is one of the key challenges in materials science. Significant progress has been achieved over the past decades, thanks to both cutting-edge experimental characterization techniques and computational methods. Still, the localization of plasticity in slip bands and the propagation of plasticity through a polycrystalline aggregate are not fully understood. The investigation of such phenomena is the goal of the ANR project 3DPolyPlast starting in march 2020. Within the 3DiPolyPlast, this open position will particularly focus on objectives 3 and 4. The electron- and synchrotron-based characterizations carried out in the 2 other Ph. D. projects will be compared to the simulation results performed on digital copies (“clones”) of the measured 3D grain microstructures. In the proposed multi-scale simulation approach, Discrete Dislocations (DD) simulations will be used in order to better model the individual and collective behaviour of dislocations at the mesoscale. Stress concentration at the origin of strain localization in slip bands is naturally reproduced by DD simulations. Modeling the boundaries in such simulations is non-trivial and will be addressed in the framework of the Discrete-Continuous Model (DCM) which couples crystal plasticity finite element calculations carried out on the full polycrystalline aggregate with DD simulations inside a single grain. This method is based on continuum elasticity theory, which provides the description of the elastic strain field induced by dislocations, their mutual interaction and their interaction with an external stress field. The strong advantage of this method is that stress concentration at the origin of strain localization in slip bands can be accurately simulated by DD calculations.