Étude par simulations de dynamique des dislocations des effets d'irradiation sur la plasticité de la ferrite : proposition d'une loi de plasticité cristalline

Modeling of irradiation effect on the plasticity of alpha-Iron using dislocation dynamics simulations : plasticity through multi-scale modeling

• Auteur / Autrice : Malik Shukeir
• Direction : Benoît Devincre, Laurent Dupuy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 12/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude du Comportement Mécanique des Matériaux (CEA, Saclay)
• Jury : Président / Présidente : David Rodney
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Micoulaut, Ghiath Monnet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Mompiou, Charlotte Becquart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Cristaux ferroélastiques

Microstructure (physique)

Micromécanique (physique du solide)

Simulation par ordinateur

Dislocations dans les métaux

Mots clés libres

Dynamique des dislocations

Dynamique moléculaire

Mécanisme d'Orowan

Plasticité cristalline

Dislocations vis

Simulations

Dislocation dynamics

Molecular dynamics

Crystal plasticity

Simulations

Screw dislocations

Orowan’s mechanism

Résumé

Ce travail vise à reproduire les interactions individuelles entre les dislocations vis et les boucles induites par l'irradiation en utilisant les simulations de dynamique des dislocations en accord avec les simulations de dynamique moléculaire. Un tel accord se caractérise par la reproduction de la réaction et avoir un valeur des contraintes critiques résolues pour franchir les obstacles. Cette approche fournit le moyen de calibrer notre code de dynamique des dislocations avec les paramètres des simulations de dynamique moléculaire. Par conséquent, il permet d'effectuer des simulations massives à l'échelle mésoscopique. Dans ce cadre, ce travail se compose de deux parties, une identification du modèle énergétique et une identification des mécanismes élémentaires. Dans la première partie, nous proposons une procédure de calibrage de la tension ligne basée sur le mécanisme d'Orowan en utilisant une étude de sensibilité. Dans la deuxième partie, nous avons identifié les mécanismes de glissement dévié et le maclage/antimaclage comme étant essentiels pour reproduire les interactions individuelles de dislocation-boucle. Les simulations de la dynamique des dislocations sont réalisées à l'aide d'un code nodal 3D appelé NUMODIS, où les développements récents dans ce code sont présentés. Un des caractéristiques de ce code est sa capacité à gérer et contrôler les collisions entre les segments des dislocations. Cela se fait au moyen en utilisant un ensemble d'algorithmes génériques avec un minimum de règles locales.

This work aims to reproduce the individual interactions between screw dislocations and radiation-induced loops using dislocation dynamics in good agreement with molecular dynamics simulations. Such agreement is characterized by reproducing the dynamics of the reaction and obtaining the critical resolved stress to overcome the obstacles. This approach provides the mean to calibrate our dislocation dynamics code with parameters from the molecular dynamics simulations. Consequently, it permits to perform massive simulations at the mesoscopic scale. In this scope, this work consists of two parts, an identification of the energetic model and identification of elementary mechanisms. In the first part we propose a procedure to calibrate the line tension based on Orowan's mechanism using a sensibility study. In the second part, we have identified the cross-slip and twining/anti-twinning mechanisms to be essential to reproduce the individual dislocation-loop interactions. The dislocation dynamics simulations are done using a 3D nodal code called NUMODIS, where the recent developments in this code are presented. The uniqueness of this code is its ability to manage and control collisions and core reactions between dislocation segments. This is done through a set of generic algorithms with the minimum amount of local rules.