Modélisation du comportement et de l'endommagement à haute température de deux alliages de cuivre

Le comportement thermo-élasto-viscoplastique endommageable de deux alliages de cuivre, que l'on nommera Cu-I et Cu-II, est identifié à partir d'essais uniaxiaux isothermes de fluage, traction et fatigue oligocyclique sur une plage de vitesses de déformation comprise entre 10-6 et 10-1 s-1 et une plage de température 0.5 T/Tm 0.8, où Tm représente la température de fusion du matériau. Le modèle de viscoplasticité additive utilisé est basé sur le critère de von Mises et une contrainte visqueuse en sinus hyperbolique de la vitesse de déformation plastique cumulée. Quatre variables d'écrouissage non-linéaire sont introduites afin de distinguer les mécanismes d'écrouissage, isotropes ou cinématiques, à cinétique "lente" ou "rapide". Deux variables d'endommagement sont introduites afin de distinguer les mécanismes d'endommagement ductile –sous sollicitation monotone– et de fatigue –sous sollicitation oligocyclique–. La procédure d'identification de ce modèle "hiérarchique" est décrite en détail

Caractérisation et modélisation du comportement et de l'endommagement d'alliages métalliques sur une grande plage de température

Typical thermomechanical loadings applied to rocket engines components can be complex, since they generally involve fast and extensive temperature variations. In this framework, the determination of metallic materials behaviour requires a specific approach consistent with the different experimental responses that can be observed on a large temperature range. In our study, this approach is related to the development of an elasto viscoplastic model coupled to damage, applied to the behaviour of two different alloys used in the aerospace industry : Inconel 600 and Narloy Z. We particularly insist on the specificities of each step of the global process including experimental characterisation, modelling and identification of the final model, in order to exhibit elements that allow for a generalisation of the prescribed method to other concrete issues, such as life prediction of new industrial components.Les chargements thermomécaniques caractéristiques des moteurs de fusée sont souvent complexes et induisent, en particulier, des fluctuations rapides et importantes de la température. Dans ce contexte, la qualification du comportement des matériaux métalliques requiert la mise en oeuvre d'une approche cohérente avec les différentes réponses observées expérimentalement sur une large gamme de température. Celle ci est appliquée, dans notre étude, à la modélisation du comportement élasto viscoplastique et de l'endommagement de deux alliages utilisés dans l'industrie aérospatiale : l'Inconel 600 et le Narloy Z. Les spécificités relatives aux différentes étapes de caractérisation expérimentale, modélisation et identification des modèles sont explicitées, de façon à dégager les éléments de généralisation de la démarche. Ceci permet d'envisager l'application des différents résultats obtenus à des problématiques concrètes telles que la prédiction de la durée de vie de nouveaux composants

Modélisation du comportement et de l'endommagement à haute température de deux alliages de cuivre

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.International audienceLe comportement thermo-élasto-viscoplastique endommageable de deux alliages de cuivre, que l'on nommera Cu-I et Cu-II, est identifié à partir d'essais uniaxiaux isothermes de fluage, traction et fatigue oligocyclique sur une plage de vitesses de déformation comprise entre 10-6 et 10-1 s-1 et une plage de température 0.5 T/Tm 0.8, où Tm représente la température de fusion du matériau. Le modèle de viscoplasticité additive utilisé est basé sur le critère de von Mises et une contrainte visqueuse en sinus hyperbolique de la vitesse de déformation plastique cumulée. Quatre variables d'écrouissage non-linéaire sont introduites afin de distinguer les mécanismes d'écrouissage, isotropes ou cinématiques, à cinétique "lente" ou "rapide". Deux variables d'endommagement sont introduites afin de distinguer les mécanismes d'endommagement ductile –sous sollicitation monotone– et de fatigue –sous sollicitation oligocyclique–. La procédure d'identification de ce modèle "hiérarchique" est décrite en détail

Modelling the fuel failure behavior with a micromechanical approach in the HBS area

International audienceThe aim of this study is to define a macroscopic fragmentation model based on a micro mechanical approach to have a better understanding of the fuel mechanical behaviour at lower scale: size and volume fraction of fragments. This talk introduces a stepwise micromechanical method: firstly, we detail how to model the HBS microstructure including pressurized porosities, based on experimental or numerical data and define a Representative Volume Element (RVE). Then we use 3D full field computations in order to determine crack snapshot. Elastic computations are performed to find the bubbles pressure level which is required to reach the cracks initiation threshold. Then nonlinear computations, using a failure local behavior law, are conducted to identify the failure snpashot. The latters will be used as an input data of the homogenization (“macroscopic”) model. This model is exposed in the last section

Modelling the fuel failure behavior with a micromechanical approach in the HBS area

International audienceThe aim of this study is to define a macroscopic fragmentation model based on a micro mechanical approach to have a better understanding of the fuel mechanical behaviour at lower scale: size and volume fraction of fragments. This talk introduces a stepwise micromechanical method: firstly, we detail how to model the HBS microstructure including pressurized porosities, based on experimental or numerical data and define a Representative Volume Element (RVE). Then we use 3D full field computations in order to determine crack snapshot. Elastic computations are performed to find the bubbles pressure level which is required to reach the cracks initiation threshold. Then nonlinear computations, using a failure local behavior law, are conducted to identify the failure snpashot. The latters will be used as an input data of the homogenization (“macroscopic”) model. This model is exposed in the last section

Studying fuel failure behavior with a micromechanical approach

International audienceUnder Loss Of Coolant Accident (LOCA) conditions, the temperature evolution within the fuel pellets combined with a reduction of the cladding confinement can lead to fuel fragmentation. This phenomenon provides additional fission gas release, inducing a higher rod internal pressure and possibly an additional driving force to disperse the smallest fuel fragments out of the cladding when the cladding balloons and bursts. Experiments show that the pellets are fractured in many fragments, with size ranges varying from a few millimetres to a few microns. Usually the hypothesis used to explain fuel pellet fragmentation during transient, is grain cleavage induced by over pressurized fission gas bubbles, located at the grain boundary. This work focuses on the pellet rim, where bubbles density increases owing to a higher irradiation level. This area, called “High Burn-up Structure” (HBS), has a specific behaviour due to a microstructure reorganization composed of small grains about 100 nm compared to 10 μm for initial UO2 fuel. The aim of this study is to define a macroscopic fragmentation model based on a micro mechanical approach to have a better understanding of the fuel mechanical behaviour at lower scale: size and volume fraction of fragments. This paper introduces a stepwise micromechanical method: firstly, we detail how to model the HBS microstructure including pressurized porosities, based on experimental or numerical data and define a Representative Volume Element (RVE). Then we use 3D full field computations in order to determine crack snapshot. Elastic computations are performed to find the bubbles pressure level which is required to reach the cracks initiation threshold. Then nonlinear computations, using a failure local behavior law, are conducted to identify the failure snpashot. The latters will be used as an input data of the homogenization (“macroscopic”) model. This model is exposed in the last section