Academic literature on the topic 'Déformation macroscopique'

De nombreuses études expérimentales sont conduites pour analyser quantitativement la cinématique et l’écrasement des grains à l’interface sable-pieu sous chargement axial. Néanmoins, les résultats sont obtenus soit post-mortem, soit en déformations planes, et principalement pendant l’installation du pieu. L’article présente une approche innovante associant la tomographie à rayons X et l’analyse d’images en 3D et permettant d’extraire des informations à l’échelle granulaire, pendant le chargement monotone et cyclique du pieu. Les tests sont réalisés sur un pieu instrumenté installé par fonçage monotone dans un échantillon dense de sable. Après son installation, le pieu est soumis à un grand nombre de cycles axiaux contrôlés en déplacement à contrainte radiale constante. Ces essais sont conduits dans une mini-chambre de calibration qui permet d’acquérir des tomographies à rayons X à haute résolution après différentes étapes de chargement. La réponse macroscopique de l’interface montre une évolution du frottement à l’interface pendant les cycles en deux phases, avec une augmentation non négligeable de la résistance de frottement dans la seconde phase. Pour ces deux phases, la mesure de la cinématique révèle un comportement du sable différent associé à une densification importante à l’interface. D’abord, le sol se contracte radialement dans une zone de 4 D50 d’épaisseur. Ensuite, les grains de sable se déplacent difficilement et la densité à l’interface atteint un seuil pour lequel le frottement sur le pieu augmente de manière significative.

Analyse des évolutions microstructurales en fonction du taux de déformation dynamique. Comparaison avec les évolutions résultant d'une compression statique. La différence de vitesse de déformation induit des différences microstructurales précisées par analyse d'images. Interprétation des résultats par les courbes contrainte-déformation, les énergies emmagasinées mesurées par microcalorimétrie différentielle et les microdéformations. Analyse de la structure des dislocations

Le but de cette étude est d'établir une loi de comportement macroscopique viscoplastique d'un composite à matrice métallique renforcé par des fibres courtes. La construction du modèle s'appuie sur des résultats expérimentaux et numériques, ainsi qu'une approche analytique sur la localisation. Une étude expérimentale a été nécessaire afin d'observer, en particulier, l'évolution du domaine élastique en fonction de la température, des déformations plastiques et du temps. Des essais en traction-compression et des chargements cycliques pour plusieurs températures et dans les directions d'anisotropie du matériau ont été réalisés. Des calculs numériques par éléments finis en viscoplasticité réalisés sur une cellule élémentaire représentative du composite, ont permis de quantifier les contraintes résiduelles et les déformations plastiques résultant du traitement thermique de fabrication. La réponse macroscopique du composite est ensuite étudiée pour différents chargements. Le modèle théorique est construit sur la base de techniques d'homogénéisation, en particulier, l'homogénéisation des milieux périodiques, qui fait appel à des calculs par éléments finis, et la méthode de l'inclusion équivalente purement analytique. Une relation de localisation généralisée est obtenue à partir des travaux de Dvorak, permettant de relier entre elles les variables mécaniques globales et locales. Moyennant certaines hypothèses simplificatrices, il est possible d'établir une loi de comportement purement macroscopique. Cette loi de comportement thermo-élasto-viscoplastique peut prendre en compte, les effets et l'évolution des contraintes résiduelles de fabrication ainsi que l'anisotropie initiale du matériau et son évolution au cours d'un écoulement viscoplastique.

Le grandissement sous flux des tubes d’assemblages REP en alliages de zirconium est dû au fluage axial et au phénomène de croissance libre qui est associé à l’apparition des boucles à forte dose d’irradiation. Ce travail de thèse vise à étudier le couplage entre ces deux phénomènes à travers l’analyse par Microscopie Electronique en Transmission de l’effet d’application d’une contrainte macroscopique sur la microstructure des boucles . Des campagnes d’irradiation aux ions Zr+ (600 keV) ont été menées sur deux alliages de zirconium recristallisés : Zircaloy-4 et M5®. Grâce à un dispositif de mise en contrainte sous flux d’ions, différents niveaux de contrainte de traction ou de compression ont été appliqués. Les examens microscopiques ont montré que, conformément au mécanisme SIPA, la densité des boucles diminue dans les grains d’axe proche de la direction de traction ou éloigné de la direction de compression. Toutefois, l’analyse d’un grand nombre de grains a révélé une dispersion grain à grain. Cette dispersion, qui trouverait son origine dans les hétérogénéités intergranulaires, amoindrit l’amplitude de l’effet de la contrainte. Parallèlement à cette étude expérimentale, un modèle basé sur la méthode de dynamique d’amas a permis de décrire l’évolution de la microstructure sous irradiation du zirconium et du Zircaloy-4 et de rendre compte de l’effet de la contrainte. A l’échelle macroscopique, un modèle physique a été développé en vue de prédire le comportement en croissance et en fluage sous irradiation des tubes en alliages de zirconium
The growth of zirconium alloy tubes of PWR fuel assemblies is the result of two phenomena: axial irradiation creep and stress “free” growth which is correlated to the formation of c-loops at high irradiation doses. This PhD work aims at investigating the coupling between these two phenomena through a fine Transmission Electron Microscopy analysis of the effect of a macroscopic applied stress on the c-loop microstructure. 600 keV Zr+ ion irradiations were performed at 300°C on two recrystallized zirconium alloys: Zircaloy-4 and M5®. Thanks to a device specifically designed, different tensile or compressive stress levels were applied under ion irradiation. The microstructural observations have shown that the c-loop density reduces in grains oriented with the c-axis close to the direction of the applied tensile stress or far from the direction of the applied compressive stress, which is in good agreement with the SIPA mechanism. Nevertheless, the examination of a large number of grains has revealed dispersion from grain to grain. This dispersion, which could be explained by the intergranular heterogeneities, reduces the magnitude of the stress effect on c-loop microstructure. In parallel to this experimental study, a cluster dynamics model has been able to describe the evolution under irradiation of zirconium and Zircaloy-4 microstructure and to assess the effect of stress on c-loop microstructure. On the macroscopic scale, a physical model was also developed to predict the irradiation growth and creep behaviour of zirconium alloy tubes

La caractérisation du comportement de matériaux composites anisotropes est un sujet contemporain. La majorité des tests mécaniques existants ne permettent pas l'identification de façon satisfaisante la loi de comportement due en flexion. Dans ce contexte, un test mécanique a été conçu pour la mesure des déplacements hors plan de matériaux ayant une certaine configuration de conditions aux limites et de chargement. Cet essai a été réalisé sur un support mécanique conçu pour le même but. Les techniques optiques cohérentes présentent un grand intérêt pour l'obtention des données expérimentales sur les déplacements d'une structure déformable, parmi ces techniques l'interférométrie holographique dont l'intérêt réside dans le fait qu'elle permet d'étudier en régime statique ou dynamique des pièces en forme compliquée, qu'elle permet de détecter un grand nombre de phénomènes locaux et enfin qu'elle assure une grande sensibilité et une visualisation globale et simple. Cette technique a été adaptée pour réaliser l'essai proposé. Les résultats expérimentaux obtenus nous ont permis d'étendre notre étude par une analyse d'images suivie par une interprétation quantitative afin d'obtenir les champs de déplacements. La modélisation numérique de la même configuration permet de faire une comparaison des données numériques et données expérimentales afin de valider certaines procédures. Une interface est conçue et testée pour permettre un transfert simple des données expérimentales vers les programmes éléments finis. L'utilisation des données expérimentales a des fins d'identification nous permet de résoudre le problème inverse afin de caractériser les paramètres élastiques de la structure étudiée.

La méthode d'homogénéisation en calcul à la rupture permet de calculer les propriétés de résistance à l'échelle macroscopique d'un matériau hétérogène périodique (matériaux composites, sols renforcés) à partir de la solution d'un problème de calcul à la rupture défini sur la période de base. Une méthode numérique spécifique destinée à résoudre un tel problème est mise au point. Elle est fondée sur la mise en oeuvre de l'approche cinématique du calcul à la rupture et conduit : 1) à la recherche du minimum d'une fonction convexe d'un nombre fini de paramètres scalaires pour laquelle un algorithme de résolution est proposé. 2) à une évaluation par l'extérieur du convexe de résistance macroscopique qui se révèle d'autant plus précise que le nombre de paramètres de minimisation est élevé. On procède à de nombreuses applications de cette méthode à des problèmes de "contrainte plane" (plaques renforcées ou perforées chargées dans leur plan) et son extension prometteuse à des problèmes en "déformation plane" est esquissée.

Lorsqu'une structure en béton est soumise à des sollicitations du type séchage ou hautes températures, différents mécanismes interviennent aux différentes échelles d'étude possibles de ce matériau, induisant le comportement global de la structure. Deux mécanismes sont ici distingués : les gradients (hydriques ou thermiques) à l'échelle macroscopique et les incompatibilités de déformations pâte de ciment/granulat à l'échelle mésoscopique. Les travaux présentés visent à déterminer l'effet de ces deux mécanismes. Les simulations réalisées sur le logiciel aux Eléments Finis Cast3M montrent ainsi l'apport d' "essais virtuels" en complément des expériences réelles pour permettre la séparation et la quantification des différents mécanismes intervenant dans la dégradation des propriétés mécaniques. Ces travaux s'appuient sur l'association des deux approches mésoscopique et macroscopique, utilisant deux maillages différents, homogène (considérant une phase unique, le béton) et hétérogène (considérant les deux phases pâte de ciment et granulats). L'influence du modèle mécanique adopté lors des simulations sur l'endommagement et la chute des propriétés mécaniques est également étudié.

Si de nombreuses méthodes (phénoménologiques, transition d'échelles) s'avèrent performantes pour représenter le comportement des matériaux lors de chargements monotones, la caractérisation des trajets complexes se révèle encore aujourd'hui très délicate. Les observations expérimentales démontrent le rôle prépondérant des hétérogénéités plastiques intragranulaires de type cellules de dislocations sur la rhéologie des changements de trajet, et principalement sur la perte de ductilité précoce rencontrée dans certains cas. L'objet de ce travail consiste donc à élaborer un modèle théorique prenant en compte l'évolution de la microstructure cellulaire afin de représenter le comportement macroscopique des aciers en chargements complexes. Les équations du problème sont obtenues par une formulation thermodynamique à variables internes. Les cellules de dislocations représentées par un modèle biphase évolutif non local sont définies par des inclusions ellipsoïdales de phase molle (intérieur) noyées dans une matrice de phase dure (parois). La déformation plastique dans chaque phase est décrite de manière phénoménologique et les cellules sont entièrement définies par six variables morphologiques (trois demi-axes et trois angles). La différence essentielle avec les matériaux hétérogènes classiques réside dans la mobilité des frontières entre phases. Le calcul de l'énergie de Helmholtz et sa mise sous forme invariante permet d'obtenir des résultats sur la stabilité des configurations statiques de dislocations. La dissipation, les lois complémentaires et la matrice d'écrouissage non local décrivent totalement le modèle. Les applications numériques effectuées avec deux variables morphologiques permettent de suivre les évolutions de la microstructure et l'apparition d'instabilités plastiques, aussi bien en trajets monotones que complexes. Cela signifie que le modèle contient intrinsèquement des phénomènes lies aux trajets complexes
The determination of the macroscopic behavior of steel is more complicated if the sample is submitted to a sequential loading rather than a monotonous one. Experimental observations prove that plastic intragranular heterogeneities, like dislocations cells, have consequences for the rheology of complex loading, and mainly for the lost of ductility which can appear in sorne cases. Indeed, as the microstructure depends on the loading path, a first dislocations substructure disappears when a second loading is applied and consequently corresponding cells develop. This work consists in elaborating a theoretical model taking into account the cell microstructure evolution in order to represent the macroscopic behavior of steel during complex loading. The equations of the problem have been obtained with a thermodynamical formulation with internal variables. Dislocations cells are represented by a two-phases material in which cells interior are ellipsoïds composed of soft phase and cells walls correspond to the hard phase matrix. The plastic deformation in each phase is treated phenomenologically and the cells are totally defined by six morphological variables (three axis and three angles). The main difference with classical heterogeneous materials lies in the moving interfaces. The invariant formulation of the Helmholtz free energy allows to obtain results on the stability of static dislocations configurations. The dissipation, complementary laws and the non-local hardening matrix describe completely the model. Numerical applications, performed with two morphological variables, allow to follow microstructure evolutions and plastic instabilities appearance in the case of monotonous and complex loadings. That means that the model contains intrinsically physical mecanisms linked to complex loadings

L'etude se propose de rechercher les relations entre la microstructure du matériau composite à matrice céramique c/sic, constitué de fibres de carbone noyées dans une matrice de carbure de silicium, et ses propriétés mécaniques en traction à température ambiante, en termes de phénomènes d'endommagement et de courbes contrainte-déformation. L'étude microstructurale de l'état initial des matériaux, à renfort bidirectionnel tissé et à renfort pseudo-unidirectionnel, montre que la présence d'une interphase de carbone pyrolytique n'a pas d'influence sur la distance entre les fissures matricielles transversales et sur l'écartement de leurs lèvres. De plus, un modèle analytique donnant les contraintes d'origine thermique permet d'évaluer la contrainte à la rupture de la matrice. L'essai de traction sous microscope électronique à balayage et la présence de grilles microextensométriques déposées sur les éprouvettes montrent que l'interphase de carbone pyrolytique influe sur ses propriétés mécaniques, si son épaisseur est suffisamment élevée, en mettant en jeu divers mécanismes d'endommagement. Dans ce cas, on corrèle les caractéristiques des courbes contrainte-déformation aux cinétiques d'apparition et d'ouverture des fissures en fonction de la contrainte appliquée.

Le décollement à l’interface constitue l’un des principaux modes de ruine pour les matériaux hétérogènes de type "inclusion-matrice". Du point de vue de la modélisation, il est donc essentiel de décrire le comportement de tels matériaux comportant des interfaces partiellement décollées.Dans le cadre de la mécanique linéaire de la rupture (en élasticité plane), ce travail concerne tout d'abord l'analyse de fissures interfaciales situées à la frontière d'une inclusion circulaire, immergée dans une matrice infinie. La solution générique d'un tel problème, s'appuyant sur la méthode des potentiels complexes de Muskhelishvili, a été proposée par Perlman et Sih (1966). Cette solution générale a été appliquée successivement aux cas d'une fissure unique et de deux fissures symétriques par Toya (1974) et Prasad et Simha (2002, 2003), respectivement. Nous utilisons ici la méthodologie de Perlman et Sih (1966) pour calculer la solution au problème de deux fissures d'interface de longueurs différentes, mais partageant le même axe de symétrie. Sur la base de la solution obtenue, nous analysons ensuite la propagation de deux fissures initialement symétriques. Nous montrons que la propagation peut être asymétrique : la longueur d'une des fissures croît, tandis que celle de l'autre reste constante.Ensuite, le schéma d'homogénéisation de Mori-Tanaka est adopté pour étudier l’effet du décollement partiel de l’interface sur le comportement macroscopique du matériau. Finalement, nous présentons une courbe de contrainte-déformation macroscopique du matériau hétérogène de type "inclusion-matrice" soumis à une traction uniaxiale tenant compte de l'endommagement dû au décollement à l'interface. L’influence de paramètres tels que fraction volumique des inclusions, taille des particules et angle initiale des fissures sur cette courbe est examinée
Debonding at the interface is one of the main failure modes for "inclusion-matrix" materials. From a modeling point of view, it is therefore essential to describe the behavior of such materials with partially debonding interfaces.In the framework of the linear elastic fracture mechanics (in plane elasticity), this work concerns first of all the analysis of interfacial fissures located at the boundary of a circular inclusion, immersed in an infinite matrix. The generic solution of such a problem, based on the complex potential method of Muskhelishvili, has been proposed by Perlman and Sih (1966). This general solution was applied successively to the cases of a single crack and two symmetric cracks by Toya (1974) and Prasad and Simha (2002, 2003), respectively. We use here the methodology of Perlman and Sih (1966) to calculate the solution to the problem of two interface cracks of different lengths, but sharing the same axis of symmetry. On the basis of the solution obtained, we then analyze the propagation of two initially symmetrical cracks. We show that the propagation can be asymmetrical: the length of one of the cracks grows, while that of the other remains constant.Then, the Mori-Tanaka homogenization scheme is adopted to study the effect of the partial debonding of the interface on the macroscopic behavior of the material. Finally, we present a macroscopic stress-strain curve of the "inclusion-matrix" material subjected to uniaxial traction taking into account damage due to debonding at the interface. The influence of parameters such as volume fraction of inclusions, particle size and initial crack angle on this curve is examined

Les travaux présentés dans ce document s’inscrivent dans un projet (dBET : diminution des Bruits Electriques de Trains) qui vise une meilleure compréhension des phénomènes vibratoires (indirectement le bruit) d’origine électromagnétique des dispositifs électrotechniques (transformateurs, inductances, moteurs électriques) des trains. Ce projet met en collaboration plusieurs laboratoires (le laboratoire Roberval et électromécanique de l’université de technologie de Compiègne...) et industriels parmi lesquels Alstom Transport, ESI Group… Notre contribution, dans ce projet, consiste en la proposition d’un modèle pertinent permettant de prédire la déformation magnétostrictive, considérée comme l’une des causes des bruits d’origine électromagnétique des dispositifs électrotechniques. Un processus d’identification des paramètres du modèle, à partir de données expérimentales, est présenté ainsi que l’application du modèle à un dispositif expérimental grâce à l’utilisation des éléments finis. Les résultats du modèle seront confrontés aux mesures faites à l’échelle d’une tôle ferromagnétique et d’un dispositif expérimental constitué d’un ensemble de tôles
The work presented in this document is part of a project (dBET : diminution des Bruits Electriques de Trains) which aims a better understanding of electromagnetic-origin vibration phenomena (indirectly noise) from electrical devices (transformers, inductors, motors) in trains. This project results from the collaboration of several laboratories and companies including Alstom, ESI Group.... Our contribution in this project consists in building a relevant model to predict the magnetostrictive strain, considered as one of the causes of electromagnetic-origin noise of electrical devices. A process of identification of the model parameters from experimental data is presented. The model is used to compute the magnetostrictive strain of a test bench thanks to finite elements method. Model results will be compared with measurements about ferromagnetic single sheet and the test bench which is a stack of ferromagnetic sheets