Bandes de cisaillement adiabatique : effets géométriques et effets de conduction

Adiabatic shear bands : geometrical and diffusivity effects

• Auteur / Autrice : Florence Dinzart
• Direction : Claude Fressengeas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Défauts

Matériaux

Viscoplasticité

Déformations (mécanique)

Cisaillement (mécanique)

Résumé

Les bandes de cisaillement adiabatique (bca) sont des zones étroites de localisation intense de la déformation plastique observées dans des matériaux viscoplastiques. Elles témoignent de l'instabilité de l'écoulement plastique engendrée généralement par un adoucissement thermique du matériau. Le rôle des défauts géométriques et matériels, ainsi que de la conduction thermique sur la localisation est analyse à travers un modèle unidimensionnel dans les stades terminaux d'évolution. Le modèle de localisation adiabatique quasi statique décrivant l'évolution des bca permet l'établissement de critères structurels de localisation asymptotique mettant en évidence la conjugaison des facteurs rhéologiques et des facteurs structurels dans le processus de localisation : on montre ainsi que les effets stabilisants de la viscosité sont plus efficaces en présence de défauts de faible acuité. Le modèle permet en outre d'interpréter la dispersion des mesures de déformation nominale à la rupture, en termes d'amplitude et d'acuité des défauts géométriques et des inhomogénéités matérielles. Durant la phase de chute brutale de la contrainte de cisaillement, les effets de la conduction thermique jouent un rôle de stabilisation et d'homogénéisation de la déformation plastique ; ils sont donc intégrés à un modèle quasi statique décrivant la structuration de la bande. La stabilisation de la largeur de bande laisse supposer l'existence d'un régime stationnaire ; or les solutions stationnaires sont instables pour les paramètres mécaniques caractérisant l'essai de torsion. Ainsi on est conduit à affiner l'hypothèse de stationnarité en supposant que seule la distribution de la vitesse de déformation reste stationnaire. La résolution permet de corréler la relaxation de la contrainte de cisaillement à la largeur de la bande. Le modèle inclut la notion de défaut matériel, et l'on montre que la bande est d'autant plus étroite que le défaut est plus aigu, mais qu'elle garde une largeur finie pour un défaut ponctuel

Abiabatic shear bands are narrow zones where an intense shear is localized in viscoplastic materials. They result from an instability of the plastic flow, promoted usually by the material thermal softening. The attention is focused on the influence of the sample geometrical and structural defects and of the thermal diffusivity in the final stages of the localization through a one-dimensional model. Asymptotic structural localization criteria are obtained from an abiabatic quasi-static model ; they reveal that the material properties are coupled with the defects shape. The stabilizing influence of rate-sensitivity appears to be enhanced by smooth defects. It is shown that the sharpness and the amplitude of the local defects may help understand the observed scatter in the nominal failure deformation. During the stress collapse, thermal diffusivity effects induce a stabilization and a homogenization of the plastic deformation, they are taken into account in a quasi-static model designed for the study of the band structuration. The observed stabilization of the bandwidth leads to assuming the existence of a steady flow ; though the stationary solutions are found to be unstable in the mechanical conditions of the torsional Kolsky bar test. Therefore an improvement of the stationary hypothesis is proposed by only assuming a steady strain rate distribution. The stress relaxation time is then related to the bandwidth. The model includes the singular material defects and it reveals that the bandwidth decreases as the defect becomes more acute, but that it remains finite for a singular defect