Etude du comportement de céramiques à blindage sous chargement de compression haute-vitesse par essais d’impact de plaque plan ou sans choc
Auteur / Autrice : | Julia Genevois |
Direction : | Pascal Forquin, Jean-Luc Zinszner |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie |
Date : | Soutenance le 19/12/2023 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble) |
Jury : | Président / Présidente : Alessandra Benuzzi-Mounaix |
Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Maître, Antonio Cosculluela, Julien Baroth | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Thibaut de Rességuier, Laurent Berthe |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les matériaux céramiques sont largement utilisés dans la composition de blindages ou de structures de protection car ils permettent, à performances égales, un gain de masse important par rapport à leurs homologues en acier. Dans ces conditions, ils subissent des chargements extrêmes conduisant à des mécanismes de microplasticité et d’endommagement sous fort confinement et sous haute vitesse. Pour bien comprendre le comportement de ces matériaux il est nécessaire de procéder à une caractérisation du comportement mécanique sous des conditions de vitesse et de pression représentatives. Plusieurs techniques expérimentales sont utilisées pour étudier le comportement dynamique des céramiques sous fort confinement. Parmi elles figure la technique d'essai d'impact de plaque. Au cours de cet essai, une plaque impactrice (souvent constituée d'un matériau métallique) frappe le matériau cible, et certaines propriétés mécaniques telles que la limite élastique d'Hugoniot (HEL) ainsi que la courbe d'Hugoniot du matériau peuvent être déduites grâce au profil de vitesse mesuré en face arrière de la cible. Néanmoins, ce test présente l'inconvénient de générer une discontinuité de l’état de contrainte sans passer par les états de contrainte et de densité intermédiaire.L’un des objectifs de cette thèse a été de développer et de mettre en œuvre une configuration expérimentale d’impact de plaques sans choc permettant de pratiquer une Analyse Lagrangienne. Les différentes campagnes expérimentales ont été effectuées à l’aide du lanceur présent au sein du laboratoire 3SR. L’utilisation de plaque impactrice ondulée permettant de générer une rampe de chargement a été validée à l’aide d’essais sur acier 316L qui présente l’avantage de ne pas changer de phase sur la plage des contraintes étudiées. Par la suite deux céramiques, l’alumine F99.7 et le SiC Forceram, ont été étudiées dans cette configuration. Ces essais, couplés à l’utilisation de la technique d’analyse lagrangienne, ont permis d’obtenir la courbe de la contrainte axiale en fonction de la déformation axiale au-delà de la HEL.Parallèlement aux essais sans choc, des configurations d’impact de plaque plan ont été développées pour caractériser les profils temporels de contraintes axiales et radiales dans la céramique. Cette configuration repose sur l’utilisation de jauges piezorésistives en Manganin. Ces essais ont été pratiqués sur des cibles en acier puis en alumine. Les résultats ont été comparés avec ceux obtenus par mesure de vitesse en face arrière pratiquée pendant ces mêmes essais.L’ensemble des résultats expérimentaux de la thèse ont été comparés à des simulations numériques par éléments finis s’appuyant sur un modèle de plasticité de type JH2 (Johnson–Holmquist). Ces calculs ont permis d’identifier par approche inverse les paramètres du modèle de comportement de la céramique permettant de mieux appréhender le comportement mécanique de ces matériaux sous de telles conditions de chargement. Néanmoins, d’autres essais, notamment des essais triaxiaux, pourront être envisagés afin de compléter l’identification d’un modèle de comportement pour ces microstructures sous des pressions intermédiaires de confinement.