Micromechanical modeling of the elastic behavior of unidirectional CVI SiC/SiC composites

International audienceThe elastic behavior of SiC/SiC composite is investigated at the scale of the tow through a micromechanical modeling taking into account the heterogeneous nature of the microstructure. The paper focuses on the sensitivity of transverse properties to the residual porosity resulting from the matrix infiltration process. The full analysis is presented stepwise, starting from the microstructural characterization to the study of the impact of pore shape and volume fraction. Various Volume Elements (VEs) of a virtual microstructure are randomly generated. Their microstructural properties are validated with respect to an experimental characterization based on high definition SEM observations of real materials, using various statistical descriptors. The linear elastic homogenization is performed using finite elements calculations for several VE sizes and boundary conditions. Important fluctuations of the apparent behavior, even for large VEs, reveal that scales are not separated. Nevertheless, a homogeneous equivalent behavior is estimated by averaging apparent behaviors of several VEs smaller than the Representative Volume Element (RVE). Therefore, the impact of the irregular shape of the pores on the overall properties is highlighted by comparison to a simpler cylindrical porous microstructure. Finally, different matrix infiltration qualities are simulated by several matrix thicknesses. A small increase in porosity volume fraction is shown to potentially lead to an important fall of transverse elastic moduli together with high stress concentrations

Etude du comportement mécanique d'un liner de titane

National audienceIl s'agit dans ce travail d'étudier le comportement mécanique d'un liner constitué de titane T35, fourni sous la forme de feuillard de 300 μm d'épaisseur. Ce travail porte notamment sur la caractérisation du métal de base mais aussi sur celui des cordons de soudure.. Pour le matériau de base, les observations microstructurales ont révélé des grains équiaxes avec une texture classique de tôle laminée pour les matériaux hexagonaux. Les soudures montrent une microstructure moins régulière et une texture plus isotrope. D'un point de vue comportement mécanique, nous avons pu identifier au moyen d'essais de traction un comportement élastoviscoplastique anisotrope des tôles. Ces résultats expérimentaux ont permis l'identification de 3 modèles issus de la littérature, (Mises, Hill et Bron-Besson) donnant lieu à des comparaisons de simulation. Enfin une analyse tomographique réalisée à l'ESRF sur une éprouvette fissurée a révélée la présence de peu de cavités à proximité de la fissure

Microstrain analysis of titanium aluminides

International audienceThe aeronautic and automotive industries have shown a renewed interest in TiAl based alloys. The main reasons for such an interest are their low density (~3,8g/cm3), a good stiffness and a high strength for temperatures up to 750°C. However, these alloys exhibit, in their polycrystalline form, a poor ductility at room temperature with widely scattered values. The aim of this study is therefore to characterise their mechanical behaviour with a multiscale methodology, coupling microstructure analysis and strain field measurements. This methodology employs orientation imaging microscopy as well as digital imaging correlation techniques with an intragranular step size of a few micrometers. Two chemical compositions (47 at. % Al and 48 at. % Al) and two processing routes (casting and powder metallurgy) are studied. Thus, four different types of final microstructures are considered, from fully lamellar Ti3Al (a2) + TiAl (g) microstructure to bimodal ones composed of two-phase (a2+g) lamellar grains and monolithic g grains. Firstly, the microstructure is characterised crystallographically and morphologically. This allows the identification of a representative volume element (RVE) inside the analysed volume. Then, uniaxial mechanical tests are performed for each microstructure, and the strain fields are analysed with a multiscale approach, which determines the spatial distribution of the strain field heterogeneity with respect to the different microstructures

A procedure for identifying the plastic behaviour of single crystals from the local response of polycrystals

The overall and local tensile responses of an α iron multicrystalline sample are investigated in order to derive the plastic constitutive equations for the constituent single crystals. The macroscopic stress–strain curve and some statistical characteristics of the strain field measured on the sample surface are compared with their simulated counterparts. The optimal values of the material parameters of four types of hardening laws are derived by a minimization procedure. The best results are obtained with a nonlinear anisotropic law which uses the dislocation densities on the slip systems. This procedure is then validated on a fine-grained polycrystalline sample of a similar material by using the measured displacement field on the edge of a selected area as boundary conditions for finite element method (FEM) computation. The resulting optimal material parameters for the single crystal are found to be consistent with the values available in the literature, and the whole simulated strain fields as well as the evolution of the crystallographic texture, is compared satisfactorily with the experimental data

Caractérisation et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites SiC/SiC

National audienceLes composites SiC/SiC sont envisagés comme matériaux de coeur des réacteurs nucléaires de 4e génération. Leur comportement mécanique à été étudié par le biais d'essais biaxés, ayant permis la construction et l'identification d'un modèle d'endommagement ainsi que son implantation dans un code éléments finis

Approche multi-échelle du comportement mécanique des matériaux composites SiC/SiC : comportement élastique à l'échelle du toron

National audienceUne approche multi-échelle a été entreprise afin d'obtenir un modèle prédictif du comportement mécanique des composites SiC/SiC. L'étude du comportement élastique à l'échelle du toron (microstructure poreuse et hétérogène), réalisée sur des microstructures générées à partir des résultats de la caractérisation microstructurale, met en évidence un problème de séparabilité des échelles. Néanmoins, une estimation du comportement homogène équivalent est proposée en première approximation

Caractérisation par mesure de champ de l'hétérogénéité de comportement de cordon de soudure en alliage P91 et identification des paramètres de loi de comportement

National audienceCe premier travail s'inscrit dans le cadre du développement d'une méthodologie basée sur l'identification des mécanismes élémentaires, responsables de la déformation et de l'endommagement par fluage de matériaux polycristallins en relation avec leurs hétérogénéités microstructurales. Cette étude concerne l'acier P91, matériau potentiellement utilisé dans des applications de tenue mécanique à chaud dans le cadre des centrales thermiques à flamme et dans les centrales nucléaires de 4ème génération. Cette méthodologie repose sur l'utilisation de techniques de mesure de champs cinématiques par corrélation d'images, couplées à des simulations numériques par éléments finis afin d'optimiser des paramètres de lois de comportement de matériaux La première application concerne l'étude de structures soudées en P91 sollicitées en traction uniaxiale, afin de caractériser le comportement du cordon de soudure à l'échelle macroscopique où le gradient des propriétés mécaniques dû au soudage est observable. Une technique de microlithographie sera ensuite mise en oeuvre pour caractériser les mécanismes de glissement intergranulaire lors d'essai de fluage, en différentes zones du joint soudé

Mise en place d'un modèle de zone cohésive à base physique dans un bicristal de gamma-TiAl

Titre du résumé joint : Étude numérique par éléments cohésifs et remaillage de la compétition entre la rupture intragranulaire et intergranulaire dans un bicristal de TiAlNational audienceCes travaux proposent d'étudier numériquement l'effet d'une fissure intragranulaire modélisée par des éléments cohésifs dans un bicristal de γ-TiAl. Les effets de la fissure, insérée dans le premier grain, sont étudiés dans le second grain à la suite d'un calcul de traction monotone en plasticité cristalline. Des critères de fissuration intragranulaire fonction de la déformation plastique équivalente induite par les macles sont étudiés afin de prédire la rupture du bicristal. L'état de contrainte normal au joint de grains est ensuite examiné afin d'évaluer la compétition entre la rupture intergranulaire et intragranulaire.See http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/29/23/ANNEX/r_7L09K124.pd

Temperature increase of Zircaloy-4 cladding tubes due to plastic heat dissipation during tensile tests at 0.1-10 s−1 strain rates

International audienceThis study is focused on the impact of rapid Reactivity Initiated Accident (RIA) representative strain rates (about 1 s−1 NEA, 2010) on the behavior and fracture of unirradiated cold work stress relieved Zircaloy-4 cladding tubes. Uniaxial ring tests (HT) and plane strain ring tensile tests (PST) were performed in the 0.1-10 s−1 strain rate range, at 25 °C. The local temperature increase due to plastic dissipation was measured with a high-speed infrared camera. Limited temperature increases were measured at 0.1 s−1 strain rate. Limited but not strongly localized temperature increases were measured at 1 s−1. Large temperature increase were measured at 5 and 10 s−1 (142 °C at 5 s−1 strain rate in HT tests). The local temperature increase induced heterogeneous temperature fields, which enhanced strain localization and resulted in a reduction of the plastic elongation at fracture

Identification of crystalline behavior on macroscopic response and local strain field analysis: application to alpha zirconium alloys

The purpose of this paper is to present an identification method of the crystalline behavior of a material from a mechanical test performed on a polycrystalline sample. Because of the lack of knowledge about its crystalline behavior, this method is applied to a Zirconium alloy. This identification is based on a finite element modeling of the microstructure, and the results are compared to both the macroscopic and the microscopic experimental results. On the microscopic scale, the plastic strains are obtained using a micro-extensometry technique and the crystalline orientation using an EBSD technique. In order to validate the method, an identification is performed with only two free parameters: the evolutions of the macroscopic and microscopic errors appear to be regular and exhibit a well-defined minimum so that the parameters can be clearly identified