Aspects mécaniques du changement de phase allotropique à l'échelle mésoscopique
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The prediction of the mechanical state of steel structures submit to thermo-mechanical loading must take into account consequences of allotropic phase change. Indeed, phase change induce, at least for steels, a mechanism of TRansformation Induced Plasticity (TRIP) leading to irreversible deformation even for loading less than elastic yield limit. Homogeneized analytical models generally fail to achieve a correct prediction for complex loading. In order to overcome these difficulties, we present a model achieving a sharper description of the phenomenon. The mesoscopic working scale we adopt here is the grain scale size. Hence, we consider that the behaviour of each phase is homogenous in the sense of continuous media mechanic, whereas the front is explicitly described. We work both experimentally and numerically. Experimentally, we designed a test facility enabling thermo mechanical loading of the sample under partial vacuum. Acquisition of sample surface while martensitic transformation is happening leads, under some hypothesis and thanks to Digital Image Correlation, to the partial identification of area affected by transformation. Numerically, the eXtended Finite ElementMethod is applied for weakly discontinuous displacement fields. Used of this method needs to numerically track the transformation front -discontinuity support. In that goal, based on level set method, we develop FEM numerical scheme enabling recognition and propagation of discontinuity support. Finally, this work is complete by an approach of driving forces introduced through Eshelbian mechanics which are dual of front velocity. Keywords : allotropic phase change, TRansformation Induced Plasticity, eXtended Finite Element Method (X-FEM), Level set method
Abstract FR:
La prédiction de l’état mécanique de structures en acier soumises à des chargements thermiques ne peut se faire sans modélisation du phénomène de changement de phase allotropique. En effet, le changement de phase induit, pour les aciers, un mécanisme appelé plasticité de transformation conduisant à une déformation irréversible pour des chargements inférieurs à la limite élastique des phases. De nombreux modèles analytiques ont proposé une approche homogénéisée pour la prédiction de l’état mécanique. Mais, pour des chargements complexes, ces modèles se révèlent inadéquates. Prenant acte de ces lacunes, nous présentons une modélisation plus proche de sa description heuristique. L’échelle mésoscopique retenue pour ce travail est de l’ordre de la taille de grain. A cette échelle, nous considérons le comportement de chaque phase comme homogène au sens de la mécanique des milieux continus, par contre, le front de changement de phase est modélisé explicitement. Cette approche mésoscopique du phénomène s’est faite expérimentalement et numériquement. Expérimentalement, nous avons mis au point et utilisé une manipulation permettant la traction et le chauffage sous vide partiel d’une éprouvette. L’acquisition de la surface de l’échantillon pendant la transformation martensitique a conduit, sous certaines hypothèses et grâce à la corrélation numérique d’image, à l’identification partielle des zones affectées localement par la transformation. Numériquement, l’utilisation de la méthode des éléments finis étendus appliquée à des champs de déplacement faiblement discontinus. L’utilisation de cette méthode nécessite la modélisation du support de discontinuité -le front. Pour cela, en s’aidant de la méthode level set, nous avons créé des schémas numériques éléments finis permettant la représentation du support et sa propagation. En sus, nous nous sommes intéressés au calcul des forces motrices définies sur le front à partir du tenseur d’Eshelby et représentatives de sa vitesse locale.