Comportement micromécanique d'un d'un alliage de zirconium en grandes déformations – cas du laminage à pas de pélerin : diffraction des rayons X et modèle de transition d'échelles

Les alliages de zirconium présentent une forte anisotropie plastique et une grande variété de modes de déformation. Ces propriétés sont responsables de l’apparition de contraintes internes importantes. Le laminage à pas de pèlerin de tubes en alliage de zirconium M5 a été étudié. Des analyses par DRX ont permis de déterminer l’évolution de la texture ainsi que des contraintes résiduelles en fonction du taux de déformation. Un modèle autocohérent a été utilisé pour prédire l’état mécanique

Modélisation élastoplastique du comportement des matériaux métalliques : prise en compte de la microstructure de dislocations

Nous avons développé des modèles à double transition d’échelles qui ont permis de rendre compte du comportement réel des matériaux lors de chargements complexes (effet Bauschinger). L'hétérogénéisation intragranulaire est mise en évidence par un écrouissage non local, qui est représenté dans le cas d'une description biphasée de la structure cellulaire de dislocations. Ces approches ont été validées par des essais expérimentaux (traction-compression, diffraction des rayons X)

Characterization Shear Properties of PVC Foams Instrumented by Optical Fiber under Flexural Loading

International audienceThe bending behavior of foam core sandwich composites has increasingly attracted attention and application in industries such as shipbuilding, aircraft and wind turbine industries. The main objective of this research work is the assessment of shear strain in a foam core beam by means of optical fiber sensors during bending test. Experimental studies were conducted on a PVC foam beam in which three optical fibers were embedded in a longitudinal plane across the thickness of the foam core; straight optical fibers measure strains due to the tension/compression load, whereas the sinusoidal fibers catch strains due to the shear load. Finite element model (FEM) was used to predict strain levels in order to validate and explain optical fiber sensor measurements from 3-and 4-point bending tests. The concordance of the shear properties identified by optical-fiber sensor results and obtained by finite element simulation was evaluated to validate the new developed technique of characterization. Results shows good agreement between the experimental and numerical responses

Étude du gradient de contraintes dans un alliage de zirconium : modèle de transition d'échelles et DRX en faible incidence

Les alliages de zirconium, de structure cristallographique hexagonale, présentent une forte anisotropie plastique tant au niveau macroscopique que mésoscopique (échelle des grains). Ces propriétés et l’existence d’une texture cristallographique expliquent l’apparition et le développement de gradient de contraintes résiduelles quand ces matériaux sont soumis à une déformation élastoplastique suite aux différentes étapes du procédé de fabrication. Pour étudier ce comportement, des éprouvettes de zircaloy-4 ont été soumises à des essais de laminage, à température ambiante, à divers taux de déformation imposés afin de suivre l’évolution des contraintes résiduelles en épaisseur. Une méthode d’analyse du gradient de contraintes par diffraction des rayons X (DRX) en faible incidence (méthode « multi-réflexion ») a été développée pour quantifier l’état mécanique pour différentes profondeurs en variant l’angle d’incidence. Les mesures, qui permettent d’accéder à des informations sur l’état mécanique mésoscopique des matériaux, confirment la présence d’une hétérogénéité marquée des contraintes d’ordre II. Un couplage entre les résultats expérimentaux et une modélisation autocohérente élastoplastique polycristalline a permis d’étudier l’influence des différentes sources d’hétérogénéités responsables de l’apparition des contraintes internes. Plus spécifiquement, la méthode que nous avons utilisée dans ce travail permet d’évaluer l’amplitude des contraintes du premier et du deuxième ordre dues aux incompatibilités de déformation plastique en utilisant les informations du modèle d’homogénéisation choisi. Cette étude montre que la valeur de la composante due aux incompatibilités de déformation plastique est importante et joue un rôle essentiel dans l’interprétation correcte des contraintes résiduelles analysées par diffraction

Influence des hétérogénéités intragranulaires sur le comportement des matériaux métalliques sous sollicitations mécaniques

Metal forming may often involve intense forming sequences, leading to large strains and severe strain path changes. These processes, very constraining for material, are limited by the appearance and the development of plastic instabilities and/or damage. Deductive methods based on strain mechanisms and scale transitions constitute relevant tools for a better comprehension. Two-level homogenization approaches are developed for the micromechanical modelling of the elastoplastic material behaviour. At the microscopic level, the mechanical behaviour is described by different scale transition models like self-consistent, Kröner or Mori-Tanaka. The grain is considered as a two-phase material: dislocations walls (with high density dislocation) and cells (with low density dislocation). The intragranular heterogeneities are highlighted by a non-local work-hardening, which is linked to the two-phase description. Correct agreement is observed between simulations and experiments (X-ray diffraction, mechanical tests) results at the meso and macroscopic levels.Du fait de l’optimisation des structures, la mise en forme des matériaux nécessite des trajets de chargements dits complexes avec une sollicitation pouvant évoluer continûment lors du chargement. Ces processus, très contraignants pour le matériau, sont limités par l’apparition et le développement d’instabilités plastiques et/ou d’endommagement. Les approches mécaniques déductives basées sur des transitions d’échelles constituent des outils de compréhension pertinents. Nous avons développé des modèles à double transition d’échelles (de la cellule au grain et du grain au polycristal) qui ont permis de rendre compte du comportement réel des matériaux lors de chargements complexes (effet Bauschinger). Cette double transition d’échelles a été assurée par plusieurs types de schémas : autocohérent, Kröner ou Mori-Tanaka. L'hétérogénéisation intragranulaire est mise en évidence par un écrouissage non local, qui est représenté dans le cas d'une description biphasée de la structure cellulaire de dislocations. Des résultats numériques et expérimentaux (essais mécaniques, diffraction des rayons X) satisfaisants ont été obtenus sur des matériaux de symétrie cubique (Al6060 et acier 316L)

Eshelby-Kröner Self-Consistent elastic model: the geometric mean versus the arithmetic mean - A numerical investigation

International audienceScale-transition models, such as Eshelby-Kroner self-consistent framework, which are often used for predicting the effective behavior of heterogeneous materials or estimating the distribution of local states from the knowledge of the corresponding macroscopic quantities, require the extensive use of set averages. The present paper is devoted to the comparison of the numerical results provided in pure elasticity by Eshelby-Kroner model depending on the average type chosen for achieving set average operations: either the traditional arithmetic mean or the geometric average. Various numerical applications of the model to the case of predicting either the effective stiffness or the lattice strains of single-phase polycrystals will be provided. The particular case when an extreme grain-shape occurs will also be investigated

Influence des hétérogénéités intragranulaires sur le comportement des matériaux métalliques sous sollicitations mécaniques

NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocSudocFranceF

Experimental study of exfoliation corrosion-induced mechanical properties degradation of Aluminum alloys: 2024-T3 and 5083-H22

The objective of the present work were to study the influence of exfoliation corrosion (EFC) of 2024 and 5083 aluminum alloys on the mechanical properties degradation. Tensile test had been carried out on pre-corroded specimens, exposed to laboratory accelerated exfoliation corrosion solution. The analysis suggests that exfoliation exposure leads to decrease the mechanical properties of all materials. The effects of the grain boundary character distribution and precipitates on corrosion are discussed on the basis of experimental observations by Scanning Electron Microscope SEM combined with Energy Dispersive Spectroscopy EDS analysis.   Cite as: Brahami A, Fajoui J, Bouchouicha B. Experimental study of exfoliation corrosion-induced mechanical properties degradation of aluminum alloys: 2024-T3 and 5083-H22. Alg. J. Eng. Tech. 2020;02:022-028. http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.3924714 References Brahami A, Fajoui J, Bouchouicha B. Exfoliation Corrosion Impact on Microstructure, Mechanical Properties, and Fatigue Crack Growth of Aeronautical Aluminum Alloy. Journal of Failure Analysis and Prevention. 2020;20(1):197-207. https://doi.org/10.1007/s11668-020-00815-y Summerson TJ, Sprowls DO. Corrosion Behavior of Aluminum Alloys, in International Conference in Celebration of the Centennial of the Hall-Heroult Process. 1986. University of Virginia, Charlottes ville, Virginia. Chen Y, Liu C, Zhou J, Wang X. Multiaxial fatigue behaviors of 2024-T4 aluminum alloy under different corrosion conditions. International Journal of Fatigue. 2017;98:269-278. Liddiard EAG, Whittaker JA, Farmery HK. Journal of the Institute of Metals, 89, 377-384 (1960-1961). Zahavi J, Yahalom J. Exfoliation corrosion of AlMgSi alloys in water. Journal of the Electrochemical Society. 1982;129(6):1181. Conor PC, James AD, Collier RN. Evaluation of Exfoliation Corrosion Damage to 7075-T6 Aluminum Alloy Aircraft Structural Components. Materials and Structures Group, Defense Technology Agency. 2004. Sprowls DO, Walsh JD, Shumaker MB. Simplified exfoliation testing of aluminum alloys. InLocalized Corrosion—Cause of Metal Failure 1972 Jan. ASTM International.38-65. Robinson MJ, Jackson NC. Exfoliation corrosion of high strength Al-Cu-Mg alloys: effect of grain structure. Corrosion Engineering, Science, and Technology. 1999;34(1):45-49. Robinson MJ. Mathematical modelling of exfoliation corrosion in high strength aluminium alloys. Corrosion Science. 1982;22(8):775-790. Kelly DJ, Robinson MJ. Influence of heat treatment and grain shape on exfoliation corrosion of Al-Li alloy 8090. Corrosion. 1993;49(10):787-795. Standard A. G34-01: Standard Test Method for Exfoliation Corrosion Susceptibility in 2XXX and 7XXX Series Al Alloys. ASTM International: West Conshohocken, PA, USA. 2001. ASTM Standard E8-04, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials [Metric], Part 03.01, Metals Mechanical Testing Elevated and Low-Temperature Tests Metallographic. American Society for Testing and Materials (Filadelfia, Pennsylvania). ASTM G1-03: Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens. ASTM. 2004. Brahami A, Bouchouicha B, Zemri M, Fajoui J. Fatigue crack growth rate, microstructure and mechanical properties of diverse range of aluminum alloy: a comparison. Mechanics and Mechanical Engineering. 2018;22(1):329-339. Pantelakis SG, Daglaras PG, Apostolopoulos CA. Tensile and energy density properties of 2024, 6013, 8090 and 2091 aircraft aluminum alloy after corrosion exposure. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2000;33(2):117-34. Kamoutsi H, Haidemenopoulos GN, Bontozoglou V, Pantelakis S. Corrosion-induced hydrogen embrittlement in aluminum alloy 2024. Corrosion Science. 2006;48(5):1209-1224. Andreatta F, Terryn H, De Wit JH. Effect of solution heat treatment on galvanic coupling between intermetallics and matrix in AA7075-T6. Corrosion Science. 2003;45(8):1733-1746

Evolution des déformations internes au cours d'un chargement complexe de type Bauschinger d'un acier austénitique

National audienceLes déformations internes furent déterminées par la diffraction des neutrons au cours d'un chargement complexe de type Bauschinger sur un acier austénitique. L'utilisation d'un modèle auto-cohérent élastoplastique, avec un écrouissage isotrope linéaire, a permis une description qualitative de ces déformations dans les directions longitudinales et transversales pour 6 plans cristallographiques avec des écarts acceptable dans le cas de chargement monotones mais celui-ci n'est plus suffisant pour décrire de manière réaliste des chargements complexes. Il est alors nécessaire d'introduire des lois de comportement tenant compte explicitement des hétérogénéités intragranulaires

Elastoplastic behaviour of zirconium alloy cladding tubes after cold rolling

International audienceComplementary methods have been used to analyse residual stresses in zirconium alloy tubes which were manufactured by cold rolling: X-ray diffraction and scale transition model. A modified elasto-plastic self-consistent model (EPSC) has been used to simulate the experiments and exhibits agreement with experimental data. X-ray diffraction analysis in rolling direction shows different stress values for the analysed planes respectively. The measured strains were generated by an anisotropic plastic deformation. Plastic incompatibility stress on X-ray measurements should be taken into account so as to make a correct interpretation of the experimental data