Modélisation micromécanique de l'écrouissage des matériaux polycristallins contenant des hétérogénéités intragranulaires : Introduction à l'endommagement ductile

Micromecanical modelling of the hardening of polycrystalline materials containing intragranular heterogeneities : Introduction to the ductile damage

• Auteur / Autrice : Napo Bonfoh
• Direction : Paul Lipinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Mécanique et Matériaux
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élastoplasticité

Polycristaux

Écrouissage

Résumé

L'étude propose une modélisation microéconomique du comportement élastoplastique d'un matériau polycristallin contenant des hétérogénéités intra-granulaires. Elle est basée sur une homogénéisation à double échelles pour rendre compte de l'influence des hétérogénéités intra-cristallines présentés dans un matériau métallique, dans la description de l'écrouissage et de l'endommagement ductile. Des interactions ont en effet lieu entre ces particules étrangères et les dislocations au cours du glissement cristallographique, selon le mécanisme d'Orowan avec la formation des boucles de dislocations. Une première transition, micro-meso permet de déduire une relation constitutive du comportement du monocristal contenant des particules. Le comportement du grain hétérogène (monocristal + particules) est déduit de la formulation classique de la plasticité cristalline basée sur le glissement cristallographique et le critère de Schmid. Une seconde transition méso-macro à l'aide d'une formulation autocohérénte, conduit à la détermination du comportement élastoplastiquue du polycristal. Ce comportement équivalent est caractérisé par un écrouissage mixte anisotrope et cinématique résultant de l'évolution de la microstructure inter- et intra-granulaire. Les résultats ont été analysés à la lumière des contraintes internes du deuxième et troisème ordre développées pendant l'écoulement plastique. La forte polarisation des contraintes internes du troisième ordre localisées dans le grain hétérogène est à l'origine de la nucléation des microcavités par décohésion de l'interface crystal/particule. La croissance de cavités résulte de la déformation plastique du cristal environnant selon le principe de la conservation de masse. La variation de la porosité a été analysée en fonction de la microstructure de grain et du mode de chargement pour mettre en évidence la sensibilité du matériau endommagé à la triaxialité de la contrainte appliquée

A micromechanical modeling of the elastoplastic behavior of a polycrystalline material containing intra-granular heterogeneities is proposed. It is based on a two-level homogenization approach in order to take into account the influence of intra-crystalline heterogeneities, in the hardening and the ductile damage. Interactions indeed take place between these foreign particles and dislocations during the crystallographic slip, according to Orowan mechanism with formation of dislocations loops. A new formulation of intra-crstallyne hardening of heterogeneous grain is proposed. First, a micro-meso transition is employed to establish a constitutive relation for a single crystal containing particles. The behavior of the equivalent single crystal with particles is derived from the classical formulation of plasticity of the single crystal based on the Schmid's law and crystallographic gliding. Then, the transition to the macroscopic scale is performed with self-conscient scheme to determine the elastoplastic behavior of the macroscopic material. The equivalent bahavior of the model is characterized by a mixed anisotropic and kinematic hardening resulting from an evolution of inter- and intra-granular material microstructure. Results have been analyzed in light of second and third order internal stresses developed during the plastic flow. Especially, yield surfaces have been determined for various preloadings and particle volume fractions. The strong polarization of third order internal stresses localized in grain is at the origin of microvoids nucleation by crystal/particle interface decohesion. Cavities growth is related to the plastic straining of the surrounding crystal according to the principle of conservation of mass. The porosity variation has been analyzed according to the grain microstructure and also to the loading pattern to highlight the sensitivity of damaged material to the remote stress triaxiality