Investigation of the phenomena of self-organization of dislocations in a dynamically strain ageing alloy

Durant ces dernières années la déformation plastique est de plus en plus souvent étudiée du point de vue de la dynamique des systèmes complexes, caractérisée par l'auto-organisation et impliquant plusieurs échelles. Le présent travail est une étude multi-échelles de la dynamique collective de dislocations dans un alliage AlMg sujetà l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC). Pour atteindre cet objectif nous avons réalisé l'enregistrement simultané des courbes de traction, de l'émission acoustique (EA) et du champ de déformations locales, ainsi que la caractérisation quantitative de la complexité grâce aux analyses statistique et multifractale. Le travail de thèse a permis de montrer que la manifestation apparente des processus de déformation plastique dépend de l'échelle d'observation. L'analyse de l'EA a révélé un comportement intrinsèquement intermittent et invariant d'échelles dans toutes les conditions expérimentales. Ces résultats suggèrent qu'aux échelles associées à l'EA, la plasticité peut être gouvernée par une dynamique universelle, qu'elle soit liée à l'instabilité PLC ou à un écoulement macroscopiquement homogène. Malgré le caractère ubiquitaire de cette observation, le champ de déformations locales montre des processus de déformation ondulatoires, et l'analyse statistique des chutes de contrainte révèle des échelles caractéristiques. Une hypothèse de synchronisation des avalanches des dislocations est avancée afin d'expliquer dans certaines conditions expérimentales le passage de l'échelle mésoscopique à l'échelle macroscopiqueIn recent years, the plastic deformation more and more often studied in terms of the dynamics of complex systems, which is characterized by self-organization and involves various scales. This work presents a multi-scale investigation of the collective behavior of dislocations in an AlMg alloy prone to the Portevin-Le Chatelier (PLC) effect. To achieve this goal we have performed simultaneous recording of tensile curves, acoustic emission (AE), and local strain field, as well as quantitative characterization of the complexity through statistical and multifractal analyses. The results obtained proved that the apparent manifestations of the plastic deformation processes depend on the scale of observation. The analysis of the AE data revealed an inherently intermittent and scale-invariant behavior in all experimental conditions. These results suggest that at the scales pertaining to the AE, the plasticity may be governed by a universal dynamics, be it related to the PLC instability or macroscopically homogeneous flow. Despite the ubiquitous nature of this observation, the local strain field uncovers wave-like deformation processes, and the statistical analysis of stress serrations reveals characteristic scales. Synchronization of dislocation avalanches is conjectured to explain (under some experimental conditions) the transition from the mesoscopic to the macroscopic scal

Etude des phénomènes d'auto-organisation des ensembles de dislocations dans un alliage au vieillissement dynamique

In recent years, the plastic deformation more and more often studied in terms of the dynamics of complex systems, which is characterized by self-organization and involves various scales. This work presents a multi-scale investigation of the collective behavior of dislocations in an AlMg alloy prone to the Portevin-Le Chatelier (PLC) effect. To achieve this goal we have performed simultaneous recording of tensile curves, acoustic emission (AE), and local strain field, as well as quantitative characterization of the complexity through statistical and multifractal analyses. The results obtained proved that the apparent manifestations of the plastic deformation processes depend on the scale of observation. The analysis of the AE data revealed an inherently intermittent and scale-invariant behavior in all experimental conditions. These results suggest that at the scales pertaining to the AE, the plasticity may be governed by a universal dynamics, be it related to the PLC instability or macroscopically homogeneous flow. Despite the ubiquitous nature of this observation, the local strain field uncovers wave-like deformation processes, and the statistical analysis of stress serrations reveals characteristic scales. Synchronization of dislocation avalanches is conjectured to explain (under some experimental conditions) the transition from the mesoscopic to the macroscopic scaleDurant ces dernières années la déformation plastique est de plus en plus souvent étudiée du point de vue de la dynamique des systèmes complexes, caractérisée par l'auto-organisation et impliquant plusieurs échelles. Le présent travail est une étude multi-échelles de la dynamique collective de dislocations dans un alliage AlMg sujet à l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC). Pour atteindre cet objectif nous avons réalisé l'enregistrement simultané des courbes de traction, de l'émission acoustique (EA) et du champ de déformations locales, ainsi que la caractérisation quantitative de la complexité grâce aux analyses statistique et multifractale. Le travail de thèse a permis de montrer que la manifestation apparente des processus de déformation plastique dépend de l'échelle d'observation. L'analyse de l'EA a révélé un comportement intrinsèquement intermittent et invariant d'échelles dans toutes les conditions expérimentales. Ces résultats suggèrent qu'aux échelles associées à l'EA, la plasticité peut être gouvernée par une dynamique universelle, qu'elle soit liée à l'instabilité PLC ou à un écoulement macroscopiquement homogène. Malgré le caractère ubiquitaire de cette observation, le champ de déformations locales montre des processus de déformation ondulatoires, et l'analyse statistique des chutes de contrainte révèle des échelles caractéristiques. Une hypothèse de synchronisation des avalanches des dislocations est avancée afin d'expliquer dans certaines conditions expérimentales le passage de l'échelle mésoscopique à l'échelle macroscopiqu

Etude des phénomènes d'auto-organisation des ensembles de dislocations dans un alliage au vieillissement dynamique

Durant ces dernières années la déformation plastique est de plus en plus souvent étudiée du point de vue de la dynamique des systèmes complexes, caractérisée par l'auto-organisation et impliquant plusieurs échelles. Le présent travail est une étude multi-échelles de la dynamique collective de dislocations dans un alliage AlMg sujetà l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC). Pour atteindre cet objectif nous avons réalisé l'enregistrement simultané des courbes de traction, de l'émission acoustique (EA) et du champ de déformations locales, ainsi que la caractérisation quantitative de la complexité grâce aux analyses statistique et multifractale. Le travail de thèse a permis de montrer que la manifestation apparente des processus de déformation plastique dépend de l'échelle d'observation. L'analyse de l'EA a révélé un comportement intrinsèquement intermittent et invariant d'échelles dans toutes les conditions expérimentales. Ces résultats suggèrent qu'aux échelles associées à l'EA, la plasticité peut être gouvernée par une dynamique universelle, qu'elle soit liée à l'instabilité PLC ou à un écoulement macroscopiquement homogène. Malgré le caractère ubiquitaire de cette observation, le champ de déformations locales montre des processus de déformation ondulatoires, et l'analyse statistique des chutes de contrainte révèle des échelles caractéristiques. Une hypothèse de synchronisation des avalanches des dislocations est avancée afin d'expliquer dans certaines conditions expérimentales le passage de l'échelle mésoscopique à l'échelle macroscopiqueIn recent years, the plastic deformation more and more often studied in terms of the dynamics of complex systems, which is characterized by self-organization and involves various scales. This work presents a multi-scale investigation of the collective behavior of dislocations in an AlMg alloy prone to the Portevin-Le Chatelier (PLC) effect. To achieve this goal we have performed simultaneous recording of tensile curves, acoustic emission (AE), and local strain field, as well as quantitative characterization of the complexity through statistical and multifractal analyses. The results obtained proved that the apparent manifestations of the plastic deformation processes depend on the scale of observation. The analysis of the AE data revealed an inherently intermittent and scale-invariant behavior in all experimental conditions. These results suggest that at the scales pertaining to the AE, the plasticity may be governed by a universal dynamics, be it related to the PLC instability or macroscopically homogeneous flow. Despite the ubiquitous nature of this observation, the local strain field uncovers wave-like deformation processes, and the statistical analysis of stress serrations reveals characteristic scales. Synchronization of dislocation avalanches is conjectured to explain (under some experimental conditions) the transition from the mesoscopic to the macroscopic scaleMETZ-SCD (574632105) / SudocSudocFranceF

Auto-organisation des ensembles de dislocations dans la plasticité cristalline

L’effet Portevin – Le Chatelier est un phénomène d’instabilité qui résulte du comportement collectif et de l’interaction de défauts cristallins tels que les dislocations et les atomes de soluté. L’analyse statistique des variations de la contrainte appliquée (comportement temporel) et les mesures de déplacement 1D ultra-rapides (structuration spatiale) lors d’essais de traction d’alliages Al-Mg, révèlent l’organisation de ces défauts à des échelles intermédiaires. On montre la nécessité de prendre en compte ces effets collectifs dans les lois de comportement

Scaling in the Local Strain-Rate Field during Jerky Flow in an Al-3%Mg Alloy

International audienceJerky flow in alloys, or the Portevin-Le Chatelier effect, presents an outstanding example of self-organization phenomena in plasticity. Recent acoustic emission investigations revealed that its microscopic dynamics is governed by scale invariance manifested as power-law statistics of intermittent events. As the macroscopic stress serrations show both scale invariance and characteristic scales, the micro-macro transition is an intricate question requiring an assessment of intermediate behaviors. The first attempt of such an investigation is undertaken in the present paper by virtue of a one-dimensional (1D) local extensometry technique and statistical analysis of time series. The data obtained complete the missing link and bear evidence to a coexistence of characteristic large events and power laws for smaller events. The scale separation is interpreted in terms of the phenomena of self-organized criticality and synchronization in complex systems. Furthermore, it is found that both the stress serrations and local strain-rate bursts agree with the so-called fluctuation scaling related to general mathematical laws and unifying various specific mechanisms proposed to explain scale invariance in diverse systems. Prospects of further investigations including the duality manifested by a wavy spatial organization of the local bursts of plastic deformation are discussed