Frottement intérieur d'origine thermique de composites à matrice base aluminium : étude expérimentale et simulation numérique
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The behaviour of the reinforcement - matrix interface and of the environment of the interface is an important parameter, from which the mechanical properties of metal matrix composites (M. M. C. ) are derived. In order to study these behaviours, the inelastic properties of two M. M. Cs have been investigated : Al/12%vol. SiC and Al-7075/15%vol. SiC. The experimental approach has been undertaken by means of internal friction (J. F. ) measurements versus temperature during a variation of temperature at constant rate. This I. F. Is due to the difference in coefficients of thermal expansion of matrix and particles. The main characteristics of the J. F. Spectra are as follows : (i) on cooling the sample, a broad large maximum of I. F. Is observed at law temperature (150-250K). (ii) IF is increased as the cooling rate and the oscillation period are increased; theses phenomena are induced by the presence of the particles. (iii) the IF depends on the micro yield stress of the matrix and on the thermal internal stress field. A mode is developed to describe the main properties of the phenomenon in terms of emission and movement of dislocations in the vincibility of the interface, that are assumed to be controlled by : (i) the evolution of the thermal stresses during the cooling of the sample and the mechanical stresses due to the pendulum oscillation, (ii) the critical shear stress opposing the motion of the dislocations. Then the IF is derived from the contribution of the dislocation movements to the inelastic strain over a period of oscillation. The role of the experimental parameters is investigated. A good agreement between simulated and experimental IF is found.
Abstract FR:
Le comportement de l'interface renfort-matrice et celui de la matrice adjacente jouent un rôle important sur les (propriétés mécaniques des matériaux composites à matrice métallique. Afin de caractériser ces comportements, nous avons étudié les propriétés d'inélasticité de deux matériaux: Al/12%voi. SiC et Al 7075/15%vol. SiC. Le travail expérimental concerne principalement l'étude du frottement intérieur (F. I. ) transitoire qui résulte, lors d'une variation de température de l'échantillon, de la différence entre les coefficients de dilatation des particules et de la matrice. Les caractéristiques essentielles des spectres révélées par les résultats expérimentaux sont les suivantes : (i) tes spectres de F. I. Présentent, au refroidissement, un important et large maximum à basse température (lSOK 250K). (ii) le FI augmente lorsque la vitesse de refroidissement et la période d'oscillation sont augmentées; ces phénomènes sont liés à la présence des particules. (iii) le FI dépend de la limite d'élasticité de la matrice et de l'histoire thermique du matériau. Nous proposons alors un modèle de F. L. Qui explique les principales propriétés mises en évidence. Ce modèle est fondé sur le mouvement des dislocations, au voisinage des interfaces particule-matrice, qui est supposé être contrôlé par: (i) l'évolution, en cours de refroidissement, du champ de contrainte thermique dû à la différence entre les coefficients de dilatation des particules et de la matrice, (ii) la contrainte d'origine mécanique (induite par l'oscillation du pendule, (iii) les obstacles qui s'opposent au mouvement de ces dislocations, dont l'effet est représenté par une contrainte de "frottement". L'énergie dissipée pendant une période d'oscillation est alors calculée numériquement en fonction des principaux paramètres contrôlant le phénomène. Les résultats issus de ce calcul sont en bon accord avec nos résultats expérimentaux.