Transcript Offre de thèse de doctorat

Offre de thèse de doctorat
Prédiction de l’initiation de l’endommagement sous chargement de fatigue
par un critère non-local à longueur interne
Laboratoire d’accueil : I2M Bordeaux – département DuMAS
Financement : allocation de recherche (36 mois)
Contexte :
La durée de vie des matériaux et des structures métalliques sous chargement de fatigue dépend très
fortement de leur comportement plastique aux petites échelles. Parmi les nombreux paramètres qui
pilotent les processus d'amorçage de fissure, la taille de grain et les joints de grains (types, densité)
constituent des éléments microstructuraux qui jouent un rôle majeur dans le développement de la
micro-plasticité aux petites échelles. Ces effets sont d'autant plus importants que les dimensions
caractéristiques des structures étudiées sont de l'ordre de celle des grains des matériaux constitutifs
(tôles / films minces, fils, MEMS, etc) et/ou que les microstructures sont hétérogènes.
Les modèles de plasticité polycristalline, qui prennent en compte l’orientation des grains, ont permis
de faire de considérables progrès dans la modélisation du comportement élasto-plastique des métaux.
Ces modèles permettent de quantifier les champs de contrainte et de déformation, en particulier la
micro-plasticité, à l'échelle du grain. Les travaux en cours au laboratoire ont permis de mettre en place
des méthodologies, basées sur le calcul de microstructure, qui prennent en compte certains
paramètres microstructuraux (anisotropie élastique, texture, morphologie des grains) dans les
modèles de prévision de durée de vie.
Les modèles de plasticité à gradient, qui prennent en compte les gradients de déformation plastique
en introduisant une longueur interne, constituent une approche complémentaire des modèles de
plasticité cristalline usuels. Ils représentent de façon empirique les empilements de dislocations qui se
développent à proximité des barrières microstructurales impénétrables aux dislocations comme les
joints de grains. Ils permettent ainsi de reproduire le durcissement associé à ces empilements de
dislocations, et donc les effets de taille de grain dans les matériaux polycristallins. Ils permettent
également de rendre compte du rôle de la typologie des joints de grains sur les sur-contraintes qui
peuvent y apparaître.
Description du sujet de thèse :
Dans le cadre de cette thèse, nous aborderons la problématique des microstructures fortement
hétérogènes en termes de taille de grain, pour lesquelles deux mécanismes d’amorçage entrent en
compétition : (i) pour les grains de petite taille (typiquement inférieure à 10 µm), amorçage aux joints
de grains favorisé par l’apparition de sur-contraintes, (ii) dans les grains de plus grandes dimensions,
amorçage intra-granulaire associé au développement de la micro-plasticité (bandes de glissement
persistantes).
L’objectif de la thèse est d’adapter un modèle de prévision de durée de vie à l'échelle de la
microstructure actuellement développé au laboratoire (i) en introduisant la sensibilité de la probabilité
d’amorçage intra-granulaire au volume actif du grain, (ii) en introduisant une longueur interne
permettant de modéliser l’effet de sur-contraintes sur l’amorçage aux joints de grains, (iii) et en
proposant une méthode permettant de prendre en compte les aspects non locaux de l’amorçage
(propagation d’une micro-fissure à travers les grains voisins).
La thèse comporte également un volet expérimental qui sera réalisée sur des matériaux pour produits
minces dont les microstructures présentent des caractéristiques particulièrement intéressantes pour
ce type d’étude. Les mécanismes d'amorçage de fissure seront analysés en utilisant les moyens de
microscopie disponibles au laboratoire (MEB-FEG, EBSD, AFM) ainsi que la tomographie X
(développement 3D de l’endommagement).
Profil recherché : Master parcours recherche (simulation numérique, matériaux métalliques)
Contact : [email protected]