Добірка наукової літератури з теми "Énergie de déformation élastique"

Les verres usuels, dits « silicatés », sont des matériaux irremplaçables car transparents, rigides et de faible cout. Mais ils ont un talon d’Achille : leur résistance mécanique, à tel point qu’ils sont l’archétype même du matériau fragile, qui reste élastique jusqu’à rupture. Cependant, à la fin des années 1940, on a observé avec étonnement que leur indentation à l’échelle du micromètre laisse une empreinte, trace incontestable d’une déformation plastique ! Réconcilier cette plasticité à l’échelle locale avec l’idée de rupture fragile reste une question ouverte, tant la description de l’écoulement plastique dans les amorphes est complexe. La conjonction de nouvelles techniques expérimentales et numériques a permis des progrès que nous décrivons ici.

Le comportement mécanique de films minces de nitrure de gallium GaN irradiés par des ions uranium accélérés a été étudié par nanoindentation. Les résultats montrent une décroissance des propriétés mécaniques du matériau par irradiation, corrélée à l’augmentation de la fluence des ions U utilisés. La perturbation croissante du réseau cristallin du GaN par irradiation conduit à une modification des mécanismes de déformation du matériau, les zones fortement désordonnées gênant le mouvement des dislocations et résultant en leur accumulation au niveau de l’interface, et à une augmentation de la dureté. Au-delà d’une fluence de 1013 ions/cm2, le recouvrement des traces latentes créées par le passage des ions lourds conduit à une chute significative des caractéristiques mécaniques des films, et une uniformisation du comportement des matériaux irradiés aux fortes fluences.

La recristallisation est le processus des métaux déformés à froid qui se produit lors du traitement thermique. La texture de recristallisation contribue à l'anisotropie des propriétés mécaniques et physiques. Motivés par la minimisation des produits, les matériaux 2D et les composites stratifiés sont de plus en plus demandés pour des applications. Ainsi, à des fins scientifiques et techniques, des recherches sur la recristallisation de tels matériaux sont nécessaires pour comprendre les mécanismes sous-jacents. Dans ce travail, des feuilles de Cu et des composites stratifiés à matrice de Cu renforcé de nanofeuilles de graphène (GNS) avec des épaisseurs de Cu de 10 μm et 30 μm ont été fabriqués. La recristallisation a été étudiée de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique par SEM-EBSD pour l'observation de microstructure, rayonnement neutronique et synchrotron pour l'analyse de texture et rayonnement synchrotron in situ pour l'évaluation de la déformation du réseau. Les données obtenues ont été analysées dans le cadre de la cristallographie combinée à l'élasticité et à l'énergie de surface. Les résultats ont montré que le comportement de recristallisation de Cu était grandement affecté par l'épaisseur de la feuille de Cu et l'ajout des GNSs. Pour les feuilles de Cu de 10 μm sans GNSs, elles ont subi une transition de la texture de laminage à froid à une texture de recristallisation dominée par des composants Cube tourné RD et Copper tourné φ2. La transition a été contrôlée par des facteurs intrinsèques microstructuraux et extrinsèques géométriques d'échantillons. Les orientations des germes sont héritées des orientations de déformation. Ceux avec des facteurs de Taylor faibles (Cube, Goss et Brass) ont montré une préférence de taille. La croissance post-nucléation a été affectée par la contrainte d'élasticité thermique biaxiale et l'énergie de surface. En raison de leurs effets opposés, les orientations ayant des modules biaxiaux et une densité d'énergie de surface modérés (S, Copper, Brass et composants de recristallisation) ont survécu, résultant en une texture mixte à la fin de la recristallisation. Les joints Σ3 cohérents entre les nouvelles composantes ont stabilisé leur croissance en consommant les autres séparés par des joints aléatoires à grand angle. Une fois le Cu fritté en masse, sa texture était dominée par les orientations des grains à croissance anormale. Les effets des GNSs sur la recristallisation des feuilles de Cu dépendaient également de l'épaisseur de la feuille de Cu. Pour les feuilles de 10 μm d'épaisseur, l'effet des GNSs se manifeste après le frittage des échantillons à des températures élevées (> 700 ℃). Au lieu de créer beaucoup de contraintes à l'expansion des feuilles de Cu adjacentes, les GNSs ont fonctionné comme une barrière empêchant la pénétration des grains de Cu développés, entraînant la stabilisation de la texture de recristallisation représentée par les deux composantes tournées. Pour le composite Cu/GNS avec une épaisseur de Cu de 30 μm, les résultats ont montré qu'une forte orientation Cube était produite dans le composite Cu/GNS au lieu des orientations individuelles non Cube dans l'empilement de Cu pur sans GNSs. Une analyse détaillée de l'état de déformation de Cu dans le composite Cu/GNS a révélé que le comportement d'expansion anisotrope du GNS qui est incompatible avec celui de Cu imposait de multiples contraintes élastiques aux feuilles, entraînant un état isocontrainte biaxiale dans la couche en surface et un état de déformation en compression uniaxiale dans la couche centrale. L'anisotropie élastique du Cu favorise la croissance des grains orientés Cube pour minimiser l'énergie totale de déformation. Les résultats du présent travail fournissent des informations quantitatives détaillées sur la recristallisation de feuilles de Cu et de composites stratifiés, ce qui contribue à approfondir la compréhension du comportement de recristallisation des matériaux 2D
Recrystallization is the intrinsic process of cold-deformed metallic materials that occurs inevitably during the thermal treatment. The produced recrystallization texture contributes to the anisotropy of the mechanical and physical properties. Motivated by the minimization of modern products, 2D materials and laminated composites are increasingly demanded by many applications. Thus, for both scientific and engineering purposes, investigations on the recrystallization of such materials are needed to understand the underlying mechanisms. In this work, Cu foils and graphene nanosheets (GNSs) reinforced Cu matrix laminated composites with Cu foil thicknesses of 10 μm and 30 μm were fabricated, and the recrystallization features were thoroughly investigated from microscale to macroscale by means of SEM-EBSD for microstructure observation, neutron and synchrotron radiation for texture analysis and in-situ synchrotron radiation for lattice strain evaluation. The obtained data were analyzed in the frame of crystallography combined with crystal elasticity and surface energy. The results showed that the recrystallization behavior of the Cu foils were greatly affected by the Cu foil thickness and the addition of the GNSs. For the 10 μm thick Cu foils without GNS, they underwent a transition from the cold-rolling texture to a recrystallization texture dominated by RD-rotated Cube and φ_2-rotated Copper components. The transition was screened by both intrinsic microstructural and extrinsic sample geometrical factors. The orientations of the nuclei were mainly inherited from the deformation orientations. Those with low Taylor factors (Cube, Goss and Brass) demonstrated size preference. The post-nucleation growth was affected by the biaxial thermal elastic constraint and surface energy. Due to their opposite effects, the orientations having moderate biaxial moduli and surface energy density (S, Copper, Brass and recrystallization components) survived, resulting in a mixed texture at the completion of recrystallization. The coherent Σ3 boundaries between the new components stabilized their growth through consuming the other oriented crystals separated by random high-angle boundaries. When sintered into bulk, the texture of the Cu was dominated by the orientations of the abnormally grown grains. The effects of GNSs on the recrystallization of Cu foils were also Cu foil thickness dependent. For the 10 μm thick foils, the effect of the GNSs manifested after the samples were sintered to high temperatures (> 700 ℃). Instead of creating much constraint to the expansion of the adjacent Cu foils, the GNSs worked as a barrier preventing the penetration of the grown Cu grains, resulting in the stabilization of the recrystallization texture represented by the two rotated components. For the Cu/GNS composite with Cu foil thickness of 30 μm, the results evidenced that a strong Cube orientation was produced in the Cu/GNS composite instead of the individual non-Cube orientations in the pure Cu stack without GNSs. Detailed strain-state analysis of the Cu foils in the Cu/GNS composite revealed that the anisotropic expansion behavior of the GNS that is incompatible with that of the Cu foils imposed multiple elastic constraints to the foils, resulting in a biaxial isostrain state in the surface layers and a uniaxial compressive strain state in the central layer. The elastic anisotropy of Cu favors the growth of the Cube oriented grains to minimize the total strain energy. The results of the present work provide quantitative and detailed information on recrystallization of thin Cu foils and laminated composite, which contributes to deepening the understanding of recrystallization behaviour of 2D materials. The mechanisms revealed are useful for analysing abnormal grain growth in elastically strained materials and can also be applied to fabrication process for texturization or even monocrystallization

Ce travail porte sur l’étude de la déformation et le transport d’un filament élastique dans un écoulement cellulaire visqueux. Pour cette étude nous avons utilisé un système expérimental modèle simple constitué d’un filament élastique centimétrique de géométrie et d’élasticité contrôlées et d’un écoulement constitué d’un réseau de points de stagnation. Dans un premier temps, nous avons caractérisé l’instabilité de flambage du filament à l’approche d’un point de stagnation. Nous avons ainsi montré que cette instabilité est contrôlée par le nombre élasto-visqueux Sp qui compare l’intensité relative des forces visqueuses qui tendent à déformer le filament et des forces élastiques qui cherchent à le maintenir droit. Nous avons ensuite mis en évidence que les paramètres liés à la dynamique de la fibre évoluant librement à la surface de l’écoulement sont des paramètres cruciaux déterminant si le filament flambe ou pas à l’approche d’un point de stagnation. Cette analyse s’est aussi appuyée sur des simulations numériques modélisant le même système en collaboration avec Michael Shelley. La caractérisation de ces différents paramètres et de leur influence sur l’instabilité de flambage permet ainsi la prédiction de l’existence ou non d’un évènement de flambage à partir du nombre élasto-visqueux Sp et des paramètres dynamiques du filament. Enfin nous nous sommes intéressés à la manière dont la déformation du filament et sa taille influent sur ses propriétés de transport
We study the deformation and transport of an elastic filament in a viscous cellular flow. We used a simple experimental model system consisting of a one centimeter long elastic filament with controlled geometry and elasticity and a viscous flow formed by a lattice of stagnation points. First, we characterized the buckling instability of the filament approaching a stagnation point. We have shown that this instability is controlled by the elasto-viscous number Sp which compares the relative intensity of the viscous forces deforming the filament and the elastic forces resisting the deformation. Then, we showed that the parameters related to the dynamics of the fiber transported are crucial in the prediction of the buckling probability. In parallel to the experimental analysis, numerical simulations were performed in collaboration with Michael Shelley. The characterization of the dynamical parameters and their influence on the buckling instability allows the prediction of a buckling event as a function of the elasto-viscous number Sp and the dynamical parameters linked to the transport of filament accros the lattice. Finally, we investigated how the deformation and the size of the filament affect its transport properties

Ce travail de thèse est divisé en deux parties indépendantes. Dans la première partie, on a traité quelques problèmes d'obstacle relatifs à la déformation d'un fil élastique. Au départ, on a étudié la position d'équilibre d'un seul disque et puis de deux disques identiques rigides roulant sur un fil élastique. On a démontré contrairement à ce qu'on s'attendait intuitivement que le minimum de l'énergie dans le cas de deux disques identiques n'est pas toujours atteint quand les deux disques se stabilisent au milieu du fil et au même niveau et cela quand le poids des disques dépassent une valeur critique. Ensuite, on a étudié la position d'équilibre de trois disques identiques dans le cas où ces trois derniers touchent le fil élastique, on a démontré que la position d'équilibre correspond au cas où les trois disques adoptent une position symétrique au milieu du fil. Le dernier problème traité dans cette partie est sur l'étude de la position d'équilibre d'un carré sur un fil élastique, dans ce cas on a démontré que dans l'état d'équilibre le carré peut adopter une position en s'inclinant sur le côté du fil et cela dépend de la valeur de son poids. Dans la deuxième partie on a étudié une équation intégro-différentielle de Voltera de type convolutif relative à la théorie quantique. Au début on a déterminé les conditions pour que la solution de cette équation soit bornée par une certaine valeur. Par la suite, on a donné des exemples en dimensions 2 et 3 et on a vu que ces conditions sont fortes. Sur le fait que la solution ne peut être déterminer explicitement dans tous les cas, ceci nous a conduit à utiliser une méthode numérique en exécutant un programme Maple en dimensions 2 et 3. On a clôturé cette partie en donnant la forme intégrale à notre équation en dimensions 3 qui est d'une grande importance dans la théorie quantique. Enfin, on a donné une série d'exemples de noyau admissibles dont les calculs étaient faits par le programme.

Dans ce mémoire nous traiterons quelques problèmes d'obstacle qui sont un peu particuliers ; en effet, dans un problème d'obstacle on cherche assez souvent une fonction u qui minimise une certaine intégrale I(v) = ∫ [omega] f(x,v,[nabla]v)dx dans une classe de fonctions K, v : [omega] [flèche à droite]IR ou K est déterminé par les conditions aux bords de u et une inégalité v(x) ≥ [Psi](x), ou [Psi] est donnée. Si par exemple I(v) est l'intégrale de Dirichlet qu'on peut regarder comme l'énergie élastique d'une membrane, on cherche, ensuite, à trouver la surface minimale d'énergie limitée par un certain contour et contrainte de rester au-dessus de l'obstacle { (x,z) [élements de] IRn+1 : z = [Psi](x), x [élement de] [omega] }. Le type de problèmes étudiés ici est different, en effet, la forme de l'obstacle est donnée, mais sa position dans l'espace est inconnue dans le problème

Ce travail concerne la déformation non élastique des polymères amorphes à l'état vitreux. A partir de l'étude du recouvrement de la déformation de plusieurs polymères, deux composantes de la déformation non élastique ont été clairement distinguées. Pour des temps d'observation classiques, la composante anélastique se recouvre à des températures inférieures à la température de transition vitreuse tandis que la composante plastique se recouvre seulement au dessus de celle-ci. Le suivi de l'évolution de ces deux composantes lors d'un essai à vitesse de déformation imposée a permis de mettre en évidence l'amplitude non négligeable de la déformation anélastique. Par ailleurs, l'augmentation de la mobilité moléculaire, du niveau d'énergie et de la densité des échantillons déformés a pu être associée à cette seule composante anélastique de la déformation. Le rôle de la pression hydrostatique sur la contrainte d'amorçage de la déformation plastique a été caractérisé à partir de l'utilisation de plusieurs types d'essais mécaniques. En outre, le caractère mécaniquement activé des mouvements moléculaires responsables de la déformation non élastique a été révélé à partir de l'essai d'anti-relaxation de contrainte. Nos différents résultats expérimentaux ont permis de vérifier et de préciser la description et la modélisation des mécanismes de déformation non élastique, dans le cadre d'une théorie proposée par Perez et al. . Ce modèle reposant sur des bases physiques a alors permis de reproduire correctement plusieurs aspects de la déformation non élastique et, notamment, l'amplitude et la cinétique d'activation et de recouvrement de la déformation anélastique. L'ensemble de ce travail devrait conduire à une plus grande maîtrise des lois de comportement de ces matériaux
[This study deals with the non elastic deformation of amorphous polymers in the glassy state. Two components of the non elastic deformation are clearly identified through the study amorphous polymers deformation recovery. For classical experimental times, the anelastic component recovers below the glass transition temperature whereas the plastic component recovers above this temperature only. During a constant strain rate test, it is observed that the anelastic component of the applied strain can be very important. Moreover, the increase of molecular mobility, energy and density observed on deformed samples appears to be due to this anelastic component of the deformation only. The hydrostatic pressure on the stress which corresponds to the appearance of plastic deformation has been studied through several mechanical tests. Besicles, the mechanical activation of molecular motions which are responsible of the non elastic deformation bas been observed with an anti-stress relaxation test. Our various results allow us to specify and extend the description and the modelisation of the non elastic deformation which has been previously proposed by Perez et al. . This physical model simulates the non elastic behaviour of three amorphous polymers correctly, and, in particular, the amplitude and the kinetics of the activation and recovery of the anelastic deformation. This study should bring better knowledge of the behaviour laws of those polymers. ]

Cette thèse a fait l'objet de l'élaboration d'un logiciel de calcul par Eléments finis qui permet de simuler l'emboutissage en déformation plane des tôles minces et de prévoir leur retour élastique. La formulation est Lagrangienne réactualisée avec des éléments finis de type coque en déformation plane et cisaillement transverse. L'efficacité de ce type d'élément avec les champs de déplacements et de rotations indépendants et linéaires a été montrée. Le problème des décharges numériques a été résolu en introduisant le concept de réversibilité plastique dans l'intégration de la loi de comportement en repère co-rotationnel. L'action des outils est introduite par une méthode de pénalisation incrémentale cohérente avec une loi de frottement de type Coulomb. Ce logiciel a été validé par des essais expérimentaux effectués au laboratoire et d'autres sur sites industriels. Il a permis ensuite une étude des différents paramètres qui influent sur le retour élastique d'une tôle après emboutissage
This work has consisted to develop a software using a finite element formulation to simulate the sheet plane strain deep drawing and to obtain its springback. The updated Lagrangian formulation is used with shell finite elements in plane strain and transverse shearing. The efficiency of this element with independent degrees of freedom (two translational displacements and one rotation) has been shown. The numerical unloading problem was cleared up by introducing the plastic reversibility concept in the behaviour law integration expressed in a co-rotational reference. The tools action is introduced by an incremental penalization method coherent with the Coulomb friction law. This software was validated with experimental tests carried out in the laboratory and others in industrial factories. It allows a study of different parameters that have an effect on sheet springback after deep drawing

L'étude concerne l'analyse de l'influence sur les écoulements transitoires en conduite élastique ou viscoélastique de la déformation réelle de la paroi y compris le déplacement longitudinal ceci en fluide parfait ou fluide visqueux {newtonien). Une formulation générale a été ainsi développée permettant rendre en compte outre les déformations de flexion et cisaillement ainsi que les termes d'inertie de la conduite, la déformation longitudinale, déformation négligée dans les études antérieures. Des développements asymptotiques ont été établis facilitant l'analyse directe des points singuliers de l'écoulement (front d'onde primaire, front de diffusion) cela pour les différents cas considérés (fluide newtonien ou parfait, conduite élastique ou viscoélastique). Le cas général a été traité numériquement par inversion numérique directe du système d'équations exprimé dans l'espace des transformées de LAPLACE-CARSON. Un cas type a été traité concernant une conduite semi-infinie ancrée à l'origine
The study concerns the analysis of the influence on transient flows of a real pipe deformation of thin walled tubes, with longitudinal displacement in perfect and viscous fluids, A general treatment already has been developed which allows to account on one side, for the flexure and shear deformation, and on other side for the inertia of the pipe and the longitudinal deformation which will be neglected in the previous studies. The asymptotic development has been established in order to facilitate the direct analysis of flows singularities (primary wave front, diffusion front) in relation to different cases considered (Newtonian or perfect fluid, elastic or viscoelastic pipe), The general case has been treated numerically, by direct numerical inversion of the system of equations Expressed in the space transform LAPLACE-CARSON. A t ypical case has been treated concerning semi-infinite pipe fixed at the origin

L’évaluation de la résistance probable des éléments dissipatifs d’énergie sismique lors du dimensionnement parasismique des charpentes d’acier au Canada repose sur la limite élastique probable de l’acier. Les taux de déformation élevés dans les éléments dissipatifs au cours d’un tremblement de terre ont pour effet d’augmenter la limite élastique de l’acier dans ces éléments. Le comportement dynamique de l’acier étudié par le biais d’essais uniaxiaux conventionnels ne permettent pas nécessairement de valider le comportement d’un élément dissipateur d’énergie sismique pouvant être sollicité selon deux dimensions. Les cadres contreventés excentriques, où le lien ductile subi des déformations biaxiales par les effets combinés du cisaillement et de la flexion en est un exemple. Le projet de recherche présenté dans ce mémoire de maîtrise vise à évaluer l’effet du taux de déformation sur la limite élastique de l’acier structural de grade 350W lors de sollicitations impliquant un état planaire de contrainte. La conception d’une éprouvette cruciforme optimale en acier basée sur des recommandations proposés dans la littérature et sur des analyses par éléments finis a été effectuée. Six essais de traction uniaxiaux et quatre essais de traction équibiaxiaux sur éprouvettes cruciformes ont été réalisés à différents taux de déformation entre 0.0001/sec et 2.4/sec. Durant ces essais, les déformations moyennes à travers la partie centrale des éprouvettes ont été mesurées par un système de potentiomètre conçu dans le cadre de ce projet. Quatre essais biaxiaux sur éprouvettes cruciformes selon des rapports de déformation distincts ont également été réalisés à un taux de déformation quasi-statique. Chaque essai a été simulé numériquement à l’aide d’un modèle éléments finis dans lequel la limite élastique a été calibrée afin de reproduire le comportement observé lors des essais. Le critère d’écoulement plastique de Von Mises ainsi qu’une formulation d’écrouissage non-linéaire ont été adoptés lors des analyses numériques. Les modèles calibrées ont permis de déterminer la limite élastique dynamique observée lors de chaque essai. Les résultats des analyses confirment que la limite élastique de l’acier augmente en fonction du taux effectif de déformation. Sept lois de prédiction de la limite élastique de l’acier ont été étudiées. Trois lois ont permis de représenter la limite élastique dynamique de l’acier testé dans la plage des taux de déformation étudiée. La loi qui semble la mieux adaptée à être implémentée dans un logiciel de modélisation a été identifiée. La loi de Drysdale et Zak utilisé dans le logiciel ADINA ne permet pas d’évaluer correctement le comportement dynamique observé lors des essais impliquant un taux élevé de déformation. Une étude numérique préliminaire sur le lien ductile est également présentée dans ce mémoire.

Ce chapitre présente les techniques de caractérisation les plus couramment utilisées pour étudier la microstructure des matériaux nucléaires endommagés par irradiation. Ces techniques, incluant la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X, la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford, et la microscopie électronique en transmission, permettent entre autres d’étudier les défauts ponctuels, le désordre global, la déformation élastique, ainsi que les défauts étendus induits par l’irradiation.