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Approche combinée expérimentale-numérique de la plasticité aux échelles submicroniques avec effets de confinement et d'interfaces [Small scale plasticity with confinement and interfacial effects: a combined experimental-computational approach]

Ce projet se base sur les effets de taille observés dans les matériaux métalliques, c'est-à-dire le fait que leur résistance est fortement améliorée lorsque leur taille caractéristique microstructurale est diminuée jusqu'aux échelles nanométriques, ou lorsque la taille des objets considérés est de l'ordre du micromètre. A cette échelle, les interfaces (joints de grains ou de phases) et leurs propriétés jouent en effet un rôle crucial, car elle contrôlent le confinement des événements plastiques. Ce projet se focalisera sur les effets du confinement spatial des trois modes de déformation les plus courant : le glissement des dislocations, le mâclage mécanique et les transformation martensitiques induites mécaniquement. Le projet est basé sur les synergies entre des modélisations phénoménologiques à base physique utilisant les formulations de plasticité à gradients aux échelles les plus hautes d'une part, et une caractérisation mécanique systématique de systèmes et de matériaux aux échelles micro- et nano-métriques d'autre part. L'objectif global est d'enrichir les modèles phénoménologiques existants avec une description motivées physiquement des conditions de confinement et de leur évolution. Ces dernières seront déterminées expérimentalement sur une série de systèmes modèles dont la microstructure présente différents mécanismes de déformation et différentes propriétés d'interfaces. L'approche expérimentale sera multi-échelles et basée sur une caractérisation cristallographique des microstructures déformées. Ceci permettra la détermination de valeurs moyennes de gradients de déformation en fonction des paramètres microstructuraux en utilisant des tests mécaniques 'macroscopiques'. A l'échelle fine, l'attention sera portée à la caractérisation des mécanismes de déformation fondamentaux par des tests micromécaniques. La stratégie de test est organisée de manière à ce que les effets de taille apparaissent de la manière la plus découplée possible, en forçant des situations dans lesquelles l'un d'entre est dominant. Les contributions respectives à l'endurcissement des gradients de déformation imposés par les conditions de chargement (gradients extrinsèques) et par les caractéristiques microstructurales (gradients intrinsèques causés par les joints de grains ou les désorientations cristallographiques) seront analysées par des modèles de milieux continus enrichis. [The project is based on the well-known size effect exhibited by metals, i.e the fact that their strengths are greatly enhanced when at least one microstructural lengthscale is scaled down to the nanometer range or when the size of the object is restricted to the micron or sub-micron range. At these scales the interfaces and their associated properties play a significant role. Indeed, they dictate the confinement of the plastic events. This proposal focuses on the effect of spatial confinement on the three most common deformation mechanisms: dislocation glide, mechanical twinning and mechanically-induced martensitic phase transformations. This research project is based on the synergies between physically-based phenomenological modelling using strain-gradient plasticity at the highest scale, and thorough experimental characterisation of the micro and nano-mechanics of model materials and systems. The general aim of the work is to enrich the existing phenomenological models with a physically-based description of the confinement conditions and their evolutions. These will be determined experimentally on a number of model systems exhibiting various deformation mechanisms and different properties of the interfaces present within the structure. The experimental approach will be multi-scale and based on a thorough crystallographic characterization of the deformed microstructures. Indeed, at the higher scale, it will allow the determination of averaged values of the strain gradients as a function of microstructural parameters using macroscopic mechanical tests, and, at the lower scale, it will focus on the characterisation of the fundamental deformation processes using micromechanical testing. In order to reach our objectives, the testing strategy is organised such that the different size effects appearing are as uncoupled as possible, by triggering situations in which one of them is dominant. The respective contribution to hardening of the strain gradients imposed from the loading conditions (extrinsic strain gradients) or from the microstructural features (intrinsic strain gradients, i.e., grain boundaries, crystallographic orientations) will be analysed using continuum-based models. ]



responsable


Thierry J. MASSART


disciplines et mots clés déclarés


Cristallographie Déformation, rupture matériaux Programmation et méthodes de simulation

confinement plastique effets de taille interfacial effects matériaux métalliques plasticité à gradients plasticité cristalline plasticité submicronique transformation martensitique