Fluage en flexion du dioxyde d'uranium après irradiation aux ions

International audienceCette communication concerne les propriétés mécaniques des combustibles nucléaires. Le travail réalisé a pour but d'améliorer les connaissances sur les propriétés viscoplastiques de l'UO2, afin de permettre une meilleure maîtrise des interactions pastille – gaine. Pour cela, le Centre des Matériaux a développé un système de flexion trois points, à haute température, sous atmosphère contrôlée, spécialement adapté à la réalisation d'essais de fluage sur des éprouvettes de très petites dimensions (entraxe de sollicitation 10 mm, épaisseur 500 μm). Des spécimens ont été irradiés aux ions lourds dans l'accélérateur du GANIL de Caen, dans le but d'obtenir des défauts d'irradiation équivalents à ceux générés dans les réacteurs industriels. Les premiers essais sur ces échantillons révèlent un fluage thermique très nettement accéléré par cette irradiation : les éprouvettes se déforment en fluage en dessous de 800°C, alors que le matériau vierge ne présente une déformation viscoplastique significative qu'au-delà de 1100°C. Ici sont présentés les premiers résultats expérimentaux de fluage sur éprouvettes vierges ou irradiées. Ces premiers résultats obtenus sur UO2 démontrent l'intérêt d'un tel dispositif pour caractériser le comportement mécanique à haute température (notamment le fluage) de matériaux irradiés aux ions. Ce dispositif pourra entre autre permettre de caractériser les différents matériaux céramiques envisagés pour les « réacteurs du futur »

Effects of static and cyclic fatigue at high temperature upon reaction bonded silicon nitride

The effects of static fatigue and cyclic fatigue upon Reaction Bonded Silicon Nitride (RBSN) were compared using the statistical distributions of residual strengths measured in tension. The strength-controlling flaws are highly dependent upon frequency. It was found that low frequency cyclic and short-term static loadings blunted surface flaws, whereas high frequency cyclic fatigue affects internal flaw populations. This situation is attributed to oxidation related mechanisms

Simulations expérimentale et numérique de réfractaires verriers électrofondus riches en zircone

International audienceLes réfractaires électrofondus à Très Haute Teneur en Zircone sont utilisés dans la construction des fours verriers. Le fond de la zone fusion est constitué de dalles de THTZ (88%vol ZrO2, 12%vol phase vitreuse), matériau choisi pour sa faible conductivité thermique, sa forte réfractarité et son inertie chimique. Le THTZ est élaboré par électrofusion, coulé dans des moules puis refroidi de manière contrôlée jusqu'à température ambiante, domaine où le matériau se caractérise par un comportement fragile. Lors de la première mise en chauffe du four ("attrempage"), des contraintes internes d'origine thermique sont générées au sein des dalles. L'objectif de l'étude est alors d'estimer ce champ de contraintes. L'étude a tout d'abord consisté à simuler expérimentalement la chauffe d'une dalle de THTZ dans un four verrier pendant l'attrempage. Pour ce faire, nous avons développé et utilisé un dispositif expérimental consistant à poser une dalle de THTZ instrumentée en thermocouples sur une plaque chauffée à une vitesse contrôlée. Les données thermiques ainsi obtenues ont permis, via un calcul numérique thermique (code de calcul ZéBuLoN, Centre des Matériaux), de déterminer les coefficients d'échange aux interfaces dalle/air et dalle/plaque chauffante. Puis, à partir de cela, un calcul numérique mécanique nous a permis de déterminer les contraintes générées par l'attrempage dans la dalle

Estimating RVE sizes for 2D/3D viscoplastic composite materials

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Régénération des filtres à particules (FAP) : étude expérimentale et numérique

National audienceLes structures nid d'abeilles en céramique, qui constituent les filtres à particules (FAP) utilisés dans les véhicules particuliers, sont soumises à de forts gradients thermiques lors de la phase de combustion des suies, dite de régénération. Des gradients trop élevés peuvent conduire à une fissuration du filtre, nuisible à son efficacité. L'essai présenté ici permet d'analyser les causes de la fissuration d'un barreau élémentaire (nid d'abeilles en carbure de silicium) composant le FAP. Les gradients thermiques sont générés à l'aide de fils résistifs introduits au sein des canaux du nid d'abeilles. Les contraintes induites par ces gradients sont déterminées par simulation numérique (calcul par éléments finis). Le lieu et l'instant d'amorçage des fissures peuvent ainsi être associés à un champ de contraintes calculé dans le barreau

Numerical study of creep in two-phase aggregates with a large rheology contrast : implications for the lower mantle

International audienceIt is generally accepted that the Earth's lower mantle is dominated by two minerals, magnesiowustite (Mg, Fe)O (Mw) and (Mg, Fe)SiO3 perovskite (Mg-Pv) which are thought to exhibit very different rheological properties. In order to assess the respective role of those phases in the mechanical properties of the assemblage, we have carried out 3D finite element modelling of a model two-phase aggregate. An isotropic random polycrystal has been built from a Voronoï mosaic. Then each grain has been attributed a “hard” or “weak” behavior in such a way that the hard phase represents a volume fraction of 70%. The creep law introduced for both phases is a simple power law creep without hardening. A contrast of 35 is chosen between the strain rates of both phases under a shear stress of 10 MPa. A representative volume element of 470 grains has been shown to provide a satisfactory description of the mechanical response of the aggregate with a relative precision equal to 3%. Numerical creep experiments conducted under a constant macroscopic shear stress of 10 MPa suggest that the creep rate of lower mantle assemblages would be dominated by the mechanical behavior of the harder phase (Mg-Pv). The finite element model allows one to extract the individual behavior of the two phases within the aggregate. It is shown that during creep, the harder Mg-Pv phase carries most of the stress whereas the softer Mw phase is responsible for most of the accumulated strain. This result should have implications for the development of shape and lattice preferred orientations of Mw within the aggregate, thus for seismic anisotropy of the lower mantle

Evolution des propriétés mécaniques du carbure de silicium sous irradiation aux ions

International audienceLe carbure de silicium (SiC), en raison de ses propriétés réfractaires et de sa bonne compatibilité avec le flux neutronique, est retenu pour constituer les pièces de structure des coeurs des réacteurs nucléaires de future génération. L'influence d'une irradiation aux ions Xe (95 MeV) en température (400°C), aux fluences comprises entre 3,0.1014 et 3,6.1015 ions/cm2, sur la microstructure et le comportement mécanique d'un a- SiC polycristallin est étudié. En raison de la faible épaisseur endommagée (~10 Bm), les modifications des propriétés mécaniques du SiC (module d'élasticité, dureté) induites par irradiation ont dans un premier temps été évaluées par des caractérisations de surface (spectroscopie Raman, nanoindentation, microscopie acoustique)

Relations entre la microstructure 3D et les propriétés mécaniques dans des réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone

National audienceLe THTZ (réfractaire électrofondu à Très Haute Teneur en Zircone) est un matériau utilisé pour la construction de fours verriers. Il est composé d'un squelette dendritique de zircone imprégné de phase vitreuse. L'objectif de l'étude est d'étudier l'influence de la composition sur les propriétés des phases, la topologie microstructurale et les propriétés mécaniques du THTZ. Les microstructures 3D ont été investiguées par tomographie X à l'ESRF (synchrotron de Grenoble). Les clichés obtenus ont donné lieu à des analyses d'images permettant de caractériser la topologie microstructurale des différents matériaux. Une relation entre la vitesse d'attaque par l'acide fluorhydrique (HF) et la densité de surface a été identifiée. Parallèlement, des calculs par éléments finis tridimensionnels, réalisées à partir de volumes élémentaires représentatifs de la microstructure réelle, ont permis d'estimer l'influence de la morphologie sur les propriétés mécaniques macroscopiques

Influence de la morphologie tridimensionnelle sur le comportement mécanique de réfractaires électrofondus

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Finite element simulations of the deformation of fused-cast refractories based on X-ray computed tomography

International audienceThis work consists in building a 3D numerical model of the microstructure of a fused-cast refractory (two-phase material)..