Modélisation du comportement de céramiques projetées plasma sous choc par simulation discrète à l'échelle de la microstructure

Modeling the behavior of plasma-sprayed ceramics under shock using microstructure-based discrete simulations

• Auteur / Autrice : Vincent Longchamp
• Direction : Jérémie Girardot, Frédéric Malaise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux
• Date : Soutenance le 27/03/2024
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux - Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Thibault de Rességuier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérémie Girardot, Frédéric Malaise, David Jauffrès, Nicolas Leconte, Pascal Forquin, Marc Huger, Vincent Mazel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Jauffrès, Nicolas Leconte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Projection au plasma

Thèses et écrits académiques

Revêtement de céramique

Mots clés libres

Méthode des éléments discrets

Microstructure

Comportement dynamique

Céramiques projetées plasma

Endommagement

Discrete element method

Microstructure

Dynamic behavior

Plasma sprayed ceramics

Damage

Résumé

Les revêtements en céramique obtenus par projection plasma (APS) ont une microstructure poreuse et micro-fissurée qui a un effet non négligeable sur les propriétés mécaniques lors d'impact de micro-débris ou de choc laser. En effet, la microstructure permet d'atténuer les ondes de compression, ce qui peut s'avérer utile pour réaliser des revêtements de protection.Dès lors, la caractérisation du lien entre la microstructure et les propriétés sous des sollicitations dynamiques, est nécessaire pour exploiter le potentiel de ces matériaux, mais la compréhension des mécanismes qui interviennent reste encore limitée.Cette thèse s’intéresse aux possibilités offertes par la méthode des éléments discrets (MED) pour modéliser, à l’échelle de la microstructure, des matériaux hétérogènes comme les céramiques projetées plasma. Une stratégie de création de domaines numériques 3D représentant la microstructure est proposée. Elle est fondée sur de l’analyse d’images volumiques obtenues par MEB-FIB : la porosité est détectée puis traitée selon son échelle, afin d’être reproduite numériquement. Des simulations sont réalisées sur les modèles pour étudier l’effet de la microstructure sur la propagation d’ondes de compression, obtenir des lois de comportement macroscopique et étudier l'endommagement induit.

Ceramic coatings obtained by plasma spraying (APS) have a porous, micro-cracked microstructure that has a significant effect on mechanical properties when subjected to micro-debris impact or laser shock.The microstructure attenuates compression waves, which can be useful for protective applications.Consequently, characterization of the microstructure-properties link, under dynamic loading, is necessary to exploit the potential of these materials, but understanding of the mechanisms involved is still limited.This thesis focuses on the possibilities offered by the discrete element method (DEM) for modelling heterogeneous materials such as plasma-sprayed ceramics at the microstructure scale. A strategy for creating 3D numerical domains representing the microstructure is proposed. It is based on the analysis of volume images obtained by FIB-SEM: porosity is detected and then processed according to its scale, in order to be reproduced digitally. Simulations are carried out on the models to study the effect of the microstructure on the propagation of compression waves, to obtain macroscopic behavior laws and to study the induced damage.