Simulations atomistiques de la plasticité aux interfaces pour un transfert discret–continu de la modélisation

Atomistic simulation of interfacial plasticity for a discrete to continuum crossover modeling

• Auteur / Autrice : Houssam Kharouji
• Direction : Vincent Taupin, Julien Guénolé
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 21/10/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Simulations atomistiques

Plasticité

Matériaux légers

Lightweight materials

Plasticity

Atomistic simulations

Résumé

Les matériaux légers aux propriétés mécaniques supérieures sont d'une importance majeure pour atteindre les challenges scientifiques et environnementaux futurs. Ils révèlent des microstructures complexes responsables de comportements mécaniques propres. Une question de longue date sur la déformation plastique des matériaux porte intrinsèquement sur la propagation du glissement aux interfaces de type joints de grains/phases. Malgré beaucoup d'efforts, les mécanismes de transfert de glissement restent fondamentalement encore mal compris. Récemment, un nouveau cadre a été développé pour offrir une description continue de la structure des joints de grains à partir de leur représentation atomique. Cela a ouvert de nouvelles voies pour une modélisation de microstructures contrôlées pour des performances améliorées. Dans ce projet, nous proposons d'utiliser des méthodes de simulations de statique et dynamique moléculaire basées sur des potentiels semi-empiriques et le logiciel LAMMPS, pour obtenir les structures atomiques d'interfaces définies pour des alliages métalliques légers à hautes performances. Ces configurations seront utilisées dans une démarche multi-échelles pour déterminer de façon précise et enrichir des descriptions continues en termes de densités de dislocations, désinclinaisons, etc. Enfin, des simulations atomistiques massives basées sur des données expérimentales permettront de valider les modèles continus enrichis et d'explorer de nouveaux mécanismes d'interfaces.

Lightweights metallic materials with outstanding mechanical properties are of uttermost importance for the scientific and environmental challenges ahead. Such alloys commonly exhibit complex microstructures responsible for their peculiar mechanical behavior. The long-standing research question of the plastic deformation of materials and components is intrinsically related to the propagation of slip across interfaces such as grain boundaries or phase boundaries. Despite intense work, mechanisms of slip transfer remain to date fundamentally unclear. Recently, a new framework has been developed to derive a continuous representation of the structure of grain boundaries from atomic-scale modelling. This has opened new possibilities for the modeling of tailored materials microstructures with high-performance properties. In this PhD project, we propose to use state of the art molecular static and molecular dynamic simulations based on semi-empirical potentials with the software LAMMPS, in order to obtain the atomistic structure of selected grain boundaries and interfaces in lightweight high-performance metallic alloys. These interfacial configurations will be employed in a “bottom-up” approach to determine an accurate continuum field description based on dislocations density, disclinations, etc. Ultimately, experimentally informed large-scale atomistic simulations will be used to assess the results predicted by the enriched continuum models and explore novel interfacial plasticity mechanisms.