A propos de la rupture des alliages à mémoire de forme

Le comportement thermomécanique des AMF est à présent bien maitrisé .Cependant un frein à leur utilisation pérenne est la méconnaissance de leur comportement à la rupture. C'est dans le but de combler cette lacune partielle que des essais de rupture sur des éprouvettes entaillées en NiTi ont été effectués. Une attention particulière a été portée à la détection des surfaces de transformation de phase en pointe de fissure par mesure de champ et par thermographie infrarouge et leur prédiction par calcu

Contribution to the study of the shape memory alloys fracture

Matériaux incontournables des matériaux fonctionnels, les alliages à mémoire de forme(AMF) peuvent présenter de très larges déformations réversibles. La Transformation de Phase Martensitique (TPM), ayant lieu lorsqu’il est soumis à une action mécanique ou thermique, lui confère des caractéristiques particulières. Le comportement thermomécanique des AMF est à présent bien maîtrisé. Cependant la connaissance de leur comportement `a la rupture reste un enjeu majeur pour leur dimensionnement dans le cadre de leur industrialisation pérenne. Ces travaux de recherche se sont attachés `a la connaissance, la description et la quantification du phénomène de localisation en pointe de fissure liée à la TPM induite sous contrainte, au travers du développement d’un modèle prédictif et de sa corrélation expérimentale par mesures de champs simultanées lors d’essais de rupture sur des éprouvettes fissurées de NiTi. Deux modèles analytiques basés sur la mécanique linéaire de la rupture, intégrant le caractère dissymétrique du comportement des AMF en traction/compression, ont été développés pour la prédiction des zones de transformation au voisinage de la pointe de fissure en tenant compte des différents modes de rupture ( élémentaires et mixtes I+II) et du rayon de courbure en pointe de fissure. Un banc de caractérisation par mesures simultanées de champs cinématiques par corrélation d’images (DIC) et thermique par thermographie infrarouge a été développé pour cartographier les champs expérimentaux d’essais de rupture en mode I sur des éprouvettes pré-fissurées. Cette bonne corrélation des modèles analytiques ouvre de nombreuses perspectives concernant l’analyse du couplage thermo mécanique associé à la TPM en pointe de fissure, l’enrichissement des modèles analytiques initiaux, et la confrontation avec les résultats expérimentaux pour des modes de rupture plus complexes (II et mixte I+II).Major player among functional materials, Shape Memory Alloys (SMA) may undergo verylarge reversible strain. SMA exhibit a Martensitic Phase Transformation (MPT) when they aresubmitted to mechanical or thermal actions, and that gives them some specific characteristics.The thermomechanical behavior of SMA is now well controlled. However, the knowledge of theSMA fracture behavior is a major challenge for their design and sizing for their sustainableindustrialization. This research project has focused on the understanding, describing and quantifyingof the phenomenon of localization at the crack tip due to stress-induced MPT. The study includestwo main aspects: the development of an analytical model and its experimental correlation bysimultaneous field’s measurements during tests on cracked NiTi specimens. Two analytical modelsbased on the linear fracture mechanics and those introduce the asymmetrical nature of the SMAbehavior in tension/compression, were developed for the prediction of transformation zones in thevicinity of the crack tip, taking into account the fracture mode (elementary and mixed ones)and the radii of curvature of the crack tip. A testbench with the measurement of simultaneouskinematic field with Digital Image Correlation (DIC) and thermal field with infrared thermographywas designed for mapping the experimental fields during fracture tests in mode I on pre-crackedspecimen. This good correlation of analytical models opens up many perspectives on the analysisof thermomechanical coupling associated with the MPT at the crack tip, the enrichment of the initialanalytical models, and comparison with experimental results for more complex failure modes (II andmixed I+II)

Contribition à l'étude de la rupture des alliages à mémoire de forme

Major player among functional materials, Shape Memory Alloys (SMA) may undergo verylarge reversible strain. SMA exhibit a Martensitic Phase Transformation (MPT) when they aresubmitted to mechanical or thermal actions, and that gives them some specific characteristics.The thermomechanical behavior of SMA is now well controlled. However, the knowledge of theSMA fracture behavior is a major challenge for their design and sizing for their sustainableindustrialization. This research project has focused on the understanding, describing and quantifyingof the phenomenon of localization at the crack tip due to stress-induced MPT. The study includestwo main aspects: the development of an analytical model and its experimental correlation bysimultaneous field’s measurements during tests on cracked NiTi specimens. Two analytical modelsbased on the linear fracture mechanics and those introduce the asymmetrical nature of the SMAbehavior in tension/compression, were developed for the prediction of transformation zones in thevicinity of the crack tip, taking into account the fracture mode (elementary and mixed ones)and the radii of curvature of the crack tip. A testbench with the measurement of simultaneouskinematic field with Digital Image Correlation (DIC) and thermal field with infrared thermographywas designed for mapping the experimental fields during fracture tests in mode I on pre-crackedspecimen. This good correlation of analytical models opens up many perspectives on the analysisof thermomechanical coupling associated with the MPT at the crack tip, the enrichment of the initialanalytical models, and comparison with experimental results for more complex failure modes (II andmixed I+II).Matériaux incontournables des matériaux fonctionnels, les alliages à mémoire de forme(AMF) peuvent présenter de très larges déformations réversibles. La Transformation de Phase Martensitique (TPM), ayant lieu lorsqu’il est soumis à une action mécanique ou thermique, lui confère des caractéristiques particulières. Le comportement thermomécanique des AMF est à présent bien maîtrisé. Cependant la connaissance de leur comportement `a la rupture reste un enjeu majeur pour leur dimensionnement dans le cadre de leur industrialisation pérenne. Ces travaux de recherche se sont attachés `a la connaissance, la description et la quantification du phénomène de localisation en pointe de fissure liée à la TPM induite sous contrainte, au travers du développement d’un modèle prédictif et de sa corrélation expérimentale par mesures de champs simultanées lors d’essais de rupture sur des éprouvettes fissurées de NiTi. Deux modèles analytiques basés sur la mécanique linéaire de la rupture, intégrant le caractère dissymétrique du comportement des AMF en traction/compression, ont été développés pour la prédiction des zones de transformation au voisinage de la pointe de fissure en tenant compte des différents modes de rupture ( élémentaires et mixtes I+II) et du rayon de courbure en pointe de fissure. Un banc de caractérisation par mesures simultanées de champs cinématiques par corrélation d’images (DIC) et thermique par thermographie infrarouge a été développé pour cartographier les champs expérimentaux d’essais de rupture en mode I sur des éprouvettes pré-fissurées. Cette bonne corrélation des modèles analytiques ouvre de nombreuses perspectives concernant l’analyse du couplage thermo mécanique associé à la TPM en pointe de fissure, l’enrichissement des modèles analytiques initiaux, et la confrontation avec les résultats expérimentaux pour des modes de rupture plus complexes (II et mixte I+II)

About the transformation phase zones of shape memory alloys' fracture tests on single edge-cracked specimen.

International audienceThe thermomechanical behavior of shape memory alloys is now well mastered. However, a hindrance to their sustainable use is the lack of knowledge of their fracture behavior. With the aim of filling this partial gap, fracture tests on edge-cracked specimens in NiTi have been made. Particular attention was paid to determine the phase transformation zones in the vicinity of the crack tip. In one hand, experimental kinematic fields are observed using digital image correlation showing strain localization around the crack tip. In the other hand, an analytical prediction, based on a modified equivalent stress criterion and taking into account the asymmetric behavior of shape memory alloys in tension-compression, provides shape and size of transformation outset zones. Experimental results are relatively in agreement with our analytical modeling

Analyse de la transformation de phase autour de la pointe de fissure d'un AMF

National audienc

Prédiction de la zone de transformation de phase autour de la pointe de fissure d'un alliage à mémoire de forme au comportement dissymétrique en traction/compression

Une nouvelle zone de transformation de phase autour de la pointe de fissure est proposée pour des alliages à mémoire de forme. La présente analyse intègre la dissymétrie entre la traction et la compression dans le calcul de la surface critère. Les modes I, II, et III ont été calculés. Des essais de rupture en mode I ont été réalisés sur du Nickel-Titane avec une attention particulière portée à l?évolution du champ de température autour de la pointe de fissure

Towards a correlation between high-temperature creep and volume diffusion for equiatomic NiTi alloys

International audienc

Implantation of the Femoral Component Relative to the Tibial Component in Medial Unicompartmental Knee Arthroplasty: A Clinical, Radiological, and Biomechanical Study

Knee-Society Meeting, ELECTR NETWORK, SEP, 2021Background: Unicompartmental knee arthroplasty (UKA) is a procedure with low morbidity and fast recovery. Anatomic implants or robotic-assisted UKA has been proposed to improve outcomes with precise positioning. Femoral component position (FCP) relative to the tibial insert could be a factor influencing the contact stresses. We aimed to evaluate the effect of the FCP relative to the tibial insert on clinical outcomes and stress distribution after medial UKA. Methods: Sixty-two medial fixed-bearing UKAs were evaluated at a minimum two-year follow-up using the Knee Society Score. Postoperative radiological evaluation performed on frontal X-rays classified the FCP relative to the tibial insert into the following: group M (medial), group C (central), and group L (lateral). A finite element model was developed to evaluate the biomechanical effects of the FCP relative to the tibial component. Results: The postoperative radiological evaluation showed 9 cases in group M, 46 cases in group C, and 7 cases in group L. The maximum knee flexion angle and the 2-year postoperative ``symptom'' and ``patient satisfaction'' scores of the Knee Society Score were significantly higher in group C. Compared with central positioning, a shift along the mediolateral axis leads to a displacement of the contact pressure center. Conclusion: The FCP relative to the tibial insert may increase patient outcomes at a minimum follow-up of two years after fixed-bearing medial UKA. Accordance between FCP and contact stresses on the polyethylene insert could be a contributing factor of long-term survival of UKA. (C) 2022 Elsevier Inc. All rights reserved

Implantation of the Femoral Component Relative to the Tibial Component in Medial Unicompartmental Knee Arthroplasty: A Clinical, Radiological, and Biomechanical Study

Knee-Society Meeting, ELECTR NETWORK, SEP, 2021Background: Unicompartmental knee arthroplasty (UKA) is a procedure with low morbidity and fast recovery. Anatomic implants or robotic-assisted UKA has been proposed to improve outcomes with precise positioning. Femoral component position (FCP) relative to the tibial insert could be a factor influencing the contact stresses. We aimed to evaluate the effect of the FCP relative to the tibial insert on clinical outcomes and stress distribution after medial UKA. Methods: Sixty-two medial fixed-bearing UKAs were evaluated at a minimum two-year follow-up using the Knee Society Score. Postoperative radiological evaluation performed on frontal X-rays classified the FCP relative to the tibial insert into the following: group M (medial), group C (central), and group L (lateral). A finite element model was developed to evaluate the biomechanical effects of the FCP relative to the tibial component. Results: The postoperative radiological evaluation showed 9 cases in group M, 46 cases in group C, and 7 cases in group L. The maximum knee flexion angle and the 2-year postoperative ``symptom'' and ``patient satisfaction'' scores of the Knee Society Score were significantly higher in group C. Compared with central positioning, a shift along the mediolateral axis leads to a displacement of the contact pressure center. Conclusion: The FCP relative to the tibial insert may increase patient outcomes at a minimum follow-up of two years after fixed-bearing medial UKA. Accordance between FCP and contact stresses on the polyethylene insert could be a contributing factor of long-term survival of UKA. (C) 2022 Elsevier Inc. All rights reserved