Contribution à l'étude de la dynamique du Zener Pinning : simulations numériques par éléments finis

Contribution to the study of Zener Pinning dynamics : finite element simulations.

• Auteur / Autrice : Gaël Couturier
• Direction : Roland Fortunier, Claire Maurice
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Jean Monnet (Saint-Étienne1969-...)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (matière)

Joints de grains

Mots clés libres

Effet Zener

Méthode élément fini

Joint grain

Modélisation

Particule

Croissance cristalline

Résumé

La méthode des éléments finis est employée pour simuler la dynamique du Zener pinning à l'échelle d'un seul joint de grains en mouvement, interagissant avec une ou plusieurs particules. Des résultats de simulations dans une configuration axisymétrique mettent en évidence l'influence des paramètres caractéristiques du joint et de la particule sur l'efficacité de l'épinglage de Zener. Un modèle 3D est ensuite développé pour traiter des configurations d'interaction non axisymétriques. Ce modèle montre que le positionnement des particules à la surface du joint ainsi que le nombre de particules en contact agissent sur la durée d'interaction. Puis le modèle 3D est exploité pour simuler la croissance normale et l'équilibre d'un agrégat en présence de particules. Les simulations réalisées mettent en évidence l'influence sur la cinétique de croissance, et sur la taille de grains à l'équilibre, de la taille des particules, de leur fraction volumique et de la taille initiale des grains.

The finite element method is employed to study Zener pinning dynamic effects of a moving grain boundary interacting with one or several particles. An axi-symmetric configuration is used to evaluate the influence of grain boundary and particle parameters on the pinning efficiency. A 3D model is then developed to study more general interaction configurations. The relative position of the particles on the grain boundary and the number of particles in contact have an influence on the interaction duration. Finally, the 3D model is used to simulate the normal grain growth and stagnation of a polycrystalline aggregate in presence of particles. Growth is schematised by the migration of an average grain boundary in a homogeneous dispersion of particles. The influence of particle size, particle volume fraction and initial grain size on growth kinetics and equilibrium grain size is studied.