Analyse de la rupture des céramiques avancées

Fracture analysis of advanced ceramics

• Auteur / Autrice : Sara Jiménez Alfaro
• Direction : Corrado Maurini, Dominique Leguillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 16/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Lazarus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hyung-Jun Chang, Luis Távara, Djimédo Kondo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rafael Estevez, Pietro Cornetti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Science des matériaux

Rupture, Mécanique de la

Matériaux céramiques

Mots clés libres

Fracture

Double critère

Phase Field

Céramique

Fracture

Coupled Criterion

Phase Field

Ceramics

Résumé

Les matériaux céramiques sont largement utilisés dans l'industrie en raison de leurs innombrables avantages, tels que leur résistance à la corrosion ou à l'oxydation. Cependant, ils ont une ténacité à la rupture très faible, ce qui est lié à la défaillance fragile spontanée du composant. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est l'extension cohérente des outils de modélisation numérique en mécanique de la rupture pour prédire la formation et la croissance des fissures dans les céramiques avancées, en mettant l'accent sur la relation entre les caractéristiques micro et macroscales de ces matériaux. Deux approches sont suivies : le critère couplé (CC) dans le cadre de la mécanique de la rupture finie (FFM) et le modèle du champ de phase (PF) pour la rupture. Deux parties sont distinguées dans cette thèse. La première est dédiée à l'étude des propriétés de rupture des céramiques à l'échelle microscopique. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l'analyse de la rupture des matériaux fragiles renforcés par un second constituant sous forme de microplaquettes ou de fibres courtes, une structure d'un grand intérêt technologique pour les céramiques avancées.

Ceramic materials are widely used in the industry owing to their countless advantages, such as the resistance to corrosion or oxidation. However, they have a very low fracture toughness, which is related to the spontaneous brittle failure of the component. In this context, the main objective of this thesis is the consistent extension of numerical modelling tools in fracture mechanics for predicting crack nucleation and growth in advanced ceramics, with a special emphasis in the relationship between the micro and macro-scale characteristics within these materials. Two approaches are followed: the Coupled Criterion (CC) within the Finite Fracture Mechanics (FFM) framework and the Phase Field (PF) model for fracture. Two parts are distinguished in this thesis. The first one is dedicated to the study of ceramics fracture properties at the micro-scale. In the second part we focus on the fracture analysis of brittle materials reinforced by a second constituent in the form of micro-platelets or short fibers, a kind of structure of high technological interest for advanced ceramics.