Dynamique des dislocations discrètes appliquée aux interactions entre dislocations et précipités

• Auteur / Autrice : Chansun Shin
• Direction : Marc Fivel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

La dynamique des dislocations discrètes (DDD) a été appliquée pour examiner les effets des précipités sur la plasticité des monocristaux de structure CFC. Les précipités sont modélisés par un assemblage de facettes franchissable pour une contrainte donnée. Afin de tenir compte des interactions élastiques entre les dislocations et les particules, un couplage avec la méthode des éléments finis (MEF) a été utilisé. Afin d'accélérer les temps de calculs, la 'méthode des boites' a été revisitée et une version parallèle du code a été développée en utilisant le standard du programmation 'Message Passing Interface (MPI)'. Dans un premier temps, les contraintes images créées par une particule 3D ont été calculées grâce un couplage entre la MEF et le code de DDD. Les résultats numériques ont été comparés aux solutions analytiques correspondantes. L'effet de la différence des modules d'Young sur la limite élastique et le comportement durcissant qui en découle ont ensuite été étudiés numériquement. Nous avons montré que les contraintes image ont un effet significatif sur le durcissement et les événements locaux tels que le glissement dévié et la montée. Finalement, la fatigue des matériaux durcis par des précipités cisaillables et non-cisaillables a été simulée avec le nouveau code parallèle de DDD. Les résultats obtenus grâce à nos simulations sont en accord avec nos observations experimentales et les données de la littérature. Un mécanisme de formation des bandes de glissement intense a été proposé à partir de l'observation des microstructures obtenues par simulation.

The 3D Discrete Dislocation Dynamics (DDD) method has been applied to investigate the effects of precipitates on the plasticity of FCC single crystals. A method to represent the internal interfaces by a series of facets with a pre-defined strength has been proposed. For a full account of the mutual elastic interactions between dislocations and second-phase particles, the coupling method with a finite element method is extended. In order to accelerate the computing time, the serial 3D DDD algorithm has been improved by revisiting the 'box method' and a new parallel code has been developed using the standard Message passing Interface (MPI). The image stresses due to a three-dimensional particle were computed using the FEM/DDD coupling code. The numerical results have been compared to the corresponding analytical solutions. The effect of the elastic modulus mismatch on the flow stress and the subsequent hardening behavior has then been analyzed. The image stresses were found to affect significantly the work hardening and the local events such as cross slip and climb. Finally, the fatigue of precipitate-hardened materials was simulated using the new parallel DDD code. The effects of shearable and non-shearable particles on the fatigue properties were well reproduced by the simulations, and the numerical results showed good agreements with the available experimental observations in a qualitative way. The mechanism of the intense slip band formation is proposed from the observation of the simulated dislocation microstructure.