Approches multi-échelles pour modéliser le glissement dévié et ses conséquences sur l'effet Bauschinger

Mots clés

dislocations, glissement dévié, Bauschinger

Détail de l'offre

Les propriétés mécaniques, physiques et chimiques des polycristaux métalliques sont fortement influencées par les solutés et par les longueurs internes ainsi que par les mécanismes de plasticité cristalline, notamment les interactions mutuelles entre les dislocations, les joints de grains et les macles (ou les joints de phase). Malgré l'effort scientifique, il n'est toujours pas si aisé de comprendre les sources effectives de certains de ces effets, en particulier l'effet Bauschinger dans les polycristaux et les alliages multiphasés qui est la signature macroscopique de contraintes à longue distance induite dans la microstructure. Des théories avancées, comme la mécanique de champs de dislocations et la plasticité à gradient, ont permis d'établir un lien entre ce dernier effet et les empilements de dislocations en micro-plasticité (dislocations géométriquement nécessaires, GNDs). Cependant, cela reste à approfondir car il a été montré que les GNDs peuvent aussi avoir un effet dissipatif (contribution à l'écrouissage isotrope). L'objectif de cette thèse est d'enrichir et de faire dialoguer plusieurs approches avancées à petites échelles pour mieux comprendre les effets de taille sur les propriétés mécaniques des polycristaux métalliques.

Une extension de la méthode MDFM-EVPFFT, récemment développée et appliquée dans l'équipe encadrante, avec la prise en compte des énergies de défauts dans la formulation non locale sera proposée. Cela permettra de reformuler la contrainte cinématique émanant de la théorie pour mieux décrire l'effet Bauschinger. Plusieurs choix seront discutés en comparaison avec des approches discrètes (DDD) ou à gradients actuelles. Une implémentation dans un formalisme en grandes transformations sera réalisée pour étudier l'évolution des densités de GNDs, leur auto-organisation, l'apparition et la propagation des bandes de glissement et des bandes en genoux sous chargements complexes.

Nous nous intéresserons également à la prise en compte du glissement dévié dans la formulation MDFM-EVPFFT en l'intégrant au niveau des équations de transport de densités de GNDs sur les systèmes de glissement. Nous étudierons notamment son influence sur l'effet Bauschinger pour améliorer les modèles à champs moyens et nous l'appliquerons sur des alliages HEA (à haute entropie) et des aciers avec des effets de solution solide ont été reportés (Fe. 8%Al) où il a été montré que le glissement dévié est le point central pour décrire l'écrouissage isotrope et cinématique ainsi que pour comprendre la structure des dislocations (glissement planaire ou formation de cellules). Les modèles champs complets (MFDM-EVPFFT, à gradients) seront utilisés pour alimenter/valider les modèles à champs moyens nettement plus rapides en temps de calculs (modèles « on-line »).

En parallèle de ces approches théoriques, une démarche expérimentale sera développée. Elle consistera à étudier l'écrouissage et l'effet Bauschinger dans des alliages de type Cu-Si et Cu-Al dont une littérature existe. Ces alliages présentent différentes énergies de faute d'empilement qui dépendent fortement de la concentration en éléments d'addition (Al ou Si par exemple).