Strain intermittency in shape-memory alloys

We study experimentally the intermittent progress of the mechanically induced martensitic transformation in a Cu-Al-Be single crystal through a full-field measurement technique: the grid method. We utilize an in- house, specially designed gravity-based device, wherein a system controlled by water pumps applies a perfectly monotonic uniaxial load through very small force increments. The sample exhibits hysteretic superelastic behavior during the forward and reverse cubic-monoclinic transformation, produced by the evolution of the strain field of the phase microstructures. The in-plane linear strain components are measured on the sample surface during the loading cycle, and we characterize the strain intermittency in a number of ways, showing the emergence of power-law behavior for the strain avalanching over almost six decades of magnitude. We also describe the nonstationarity and the asymmetry observed in the forward versus reverse transformation. The present experimental approach, which allows for the monitoring of the reversible martensitic transformation both locally and globally in the crystal, proves useful and enhances our capabilities in the analysis and possible control of transition-related phenomena in shape-memory alloys.Comment: Four supplementary video

Some specific features and consequences of the thermal response of rubber under cyclic mechanical loading

International audienceThe present paper deals with the specificities of the thermal response of rubber under cyclic mechanical loading at constant ambient temperature. This question is important, since the stabilized thermal response is used in fatigue life criteria, especially for the fast evaluation of fatigue life. For this purpose, entropic coupling in a thermo-hyperelastic framework is first used to predict the variation in the heat source produced or absorbed by the material during cyclic loading. The heat diffusion equation is then used to deduce temperature variations under adiabatic and non-adiabatic conditions. The influence of several parameters on the stabilized thermal response is studied: signal shape, frequency, minimum and maximum stretch levels, multiaxiality of the mechanical state. The results show that, in the steady-state regime, the mean value between the maximum and minimum temperature variations over a mechanical cycle is different from zero. This is due to the specific variation in the heat source, which depends on both the stretch rate and the stretch level. This result has numerous consequences, in particular for fatigue. Indeed, the stabilized mean value between the maximum and minimum temperature variations during fatigue tests does not reflect only fatigue damage, since the entropic coupling also leads to a value different from zero. This is a major difference with respect to materials exhibiting only isentropic coupling, such as metallic materials

Création de structures à précontrainte adaptative à base d'alliages à mémoire de forme

International audienceL'étude porte sur l'utilisation de fils en alliage à mémoire de forme (AMF) pour créer des systèmes mécaniques actifs. Il s'agit en pratique de contrôler l'état de contrainte ou de déformation d'une structure par activation thermique de l'effet mémoire de fils AMF connectés à la structure. Un point clé consiste à n'utiliser que des fils AMF classiques, i.e. à effet mémoire simple-sens, pour créer une activation à double-sens de la structure. Trois dispositifs sont développés et étudiés. Dans un premier temps, le cas simple de deux fils AMF placés en série est considéré. Le chauffage des fils est assuré par effet Joule. Ce dispositif permet d'analyser comment deux fils à effet mémoire simple-sens peuvent interagir pour permettre le pilotage double-sens d'un déplacement. Le cas d'une poutre console équipée de fils AMF est ensuite considéré. Il est montré qu'il est possible de contrôler en temps réel la flèche de la poutre par un chauffage sélectif des fils. Enfin, le cas d'une poutrelle sur deux appuis et soumise à une charge mobile est étudié. Une limitation en temps réel de la valeur de la flèche a été possible en utilisant un unique fil AMF précontraint. Cette étude montre que des AMF peuvent être utilisés pour contrôler l'état de déformation d'une structure ou d'adapter un état de précontrainte en fonction d'une variation de charge

Obtention de rigidité variable d'une structure robotique par l'utilisation d'un alliage à mémoire de forme

Dans ce papier sont présentées les cartes de rigidité d'une structure robotique à grande déflection sous différents modes d'actionnement. Dans l'application présentée, l'intégration redondante d'un élément actif en alliage à mémoire de forme (AMF) en plus de deux moteurs rotatifs permet d'obtenir une variation de la rigidité globale de la structure, par exploitation de l'effet mémoire de forme. La modélisation numérique par éléments finis du système mécanique est tout d'abord présentée. Le démonstrateur physique fabriqué pour la validation expérimentale est ensuite introduit avec ses caractéristiques, notamment celles du ressort AMF utilisé. Les résultats numériques et expérimentaux sont enfin exposés sous forme de cartes de rigidité numériques et expérimentales

Application de la thermographie infrarouge à la caractérisation de la dissipation mécanique d'alliages à mémoire de formeCu-Zn-Al

Ce travail de thèse est consacré à l étude de la dissipation mécanique produite par des alliages à mémoire de forme Cu-Zn-Al lors d'un chargement mécanique cyclique, ainsi qu'à l influence de la composition chimique sur cette grandeur. Divers alliages ont été élaborés dans ce but, chacun présentant une faible variation de composition par rapport à l autre. Une procédure expérimentale originale a été mise au point pour mesurer cette dissipation mécanique car elle se traduit par une source de chaleur très inférieure à celles dues à d autres phénomènes comme la chaleur latente de changement de phase ou le couplage thermoélastique. Les éprouvettes ont ainsi été soumises à divers essais cycliques à température ambiante constante alors qu une caméra infrarouge filmait les champs thermiques sur leur surface. Ces films thermiques ont ensuite été traités pour en extraire cette dissipation mécanique. Divers niveaux de dissipation correspondant à divers niveaux d irréversibilité mécanique ont ainsi été mis en évidence.The study deals with the mechanical dissipation in Cu-Zn-Al shape memory alloys subjected to cyclic mechanical loading, as well as with the influence of the chemical composition on this dissipation. Various alloys were prepared for this purpose, each of them featuring a slight change with respect to the others. An original procedure has been proposed to measure mechanical dissipation because it is very low compared to other heat sources such as latent heat or thermoelastic coupling. The specimens have been subjected to cyclic tests at constant ambient temperature while an infrared camera grabbed the thermal images. These thermal maps have been then processed to extract mechanical dissipation. Various levels have been found, corresponding to various levels of mechanical irreversibilities.CLERMONT FD-Bib.électronique (631139902) / SudocSudocFranceF

Concurrent tracking of strain and noise bursts at ferroelastic phase fronts

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Application de la thermographie infrarouge à l'étude de la diminution de contrainte dans une éprouvette d'aluminium renforcée par patch composite

Cet article présente une évaluation expérimentale de la diminution de contrainte dans des éprouvettes d'aluminium renforcées par patchs composites. Lors d'un essai de traction cyclique, l'évolution du champ de températures dans l'épaisseur du substrat est mesurée par thermographie infrarouge. L'amplitude des variations de températures est ensuite déterminée par transformée de Fourrier et un lissage est effectué sur la base de fonctions issues d'un modèle unidimensionnel. La diminution des contraintes dans l'aluminium est clairement observée, permettant de mettre en évidence par exemple une dissymétrie entre les deux patchs collés de part et d'autre de l'aluminium. La longueur de transfert d'effort entre substrat et patch est finalement calculée

Influence de la courbure d'un fil en AMF sur son comportement en traction dans une perspective de confinement de composants en béton

L'étude porte sur la création de contrainte dans un fil en alliage à mémoire de forme (AMF) enroulé sur un substrat de forme cylindrique. Les essais sont réalisés sur des fils en Ni-Ti initialement à l'état martensitique. Un modèle thermomécanique est adapté afin d'analyser les résultats expérimentaux. Les contraintes apparaissant lors de l'activation thermique de l'effet mémoire sont étudiées. L'influence de la courbure du fil est analysée. L'asymétrie traction-compression de la réponse de l'AMF est prise en compte dans cette étude

Application de la méthode des champs virtuels pour l'identification de paramètres matériau en grandes déformations

Ce papier traite de la détermination de paramètres d'une loi de comportement hyperélastique à partir de la Méthode des Champs Virtuels (MCV) qui est développée en grandes déformations. Cette méthode présente la particularité de pouvoir extraire les paramètres recherchés à partir d'un seul essai hétérogène. Une stratégie de dépouillement des champs hétérogènes est nécessaire car aucun lien explicite n'existe entre mesure et sollicitation Bien intégrée dans la communauté scientifique dans le cas des petites déformations, l'idée fondamentale de ce travail est d'appliquer cette méthode au cas des grandes déformations. Un essai de traction biaxial sert d'exemple d'illustration de la méthode. L'accent est mis sur l'analyse d'une fonction coût à minimiser qui dépend de champs virtuels choisis

Etude de la transition de phase d'un monocristal d'AMF en Cu-Al-Be par techniques de mesures de champs

Le but de l'étude est d'étudier les phénomènes de transformation de phase se produisant dans un monocristal d'alliage à mémoire de forme (AMF). L'échantillon initialement austénitique devient progressivement martensitique lors d'un essai de traction uniaxial. La méthode de la grille est utilisée sur une face de l'échantillon afin de mesurer les déformations. Sur l'autre face, un calcul de source de chaleur est réalisé à partir de mesures thermiques par caméra infrarouge. Ces mesures complémentaires permettent de suivre et d'analyser les changements de phase