Experimentelle Untersuchung und Modellierung der intra-kristallinen Verformung [Elektronische Ressource] / von Camille Perrin

Perrin D'Angecourt

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• Publié par: universitat_des_saarlandes
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 104
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

Experimentelle Untersuchung und Modellierung der
intra-kristallinen Verformung
Dissertation
Zur Erlangung des akademischen Grades des Doktors der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.)
der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät III
Chemie, Pharmazie, Bio- und Werkstoffwissenschaften
der Universität des Saarlandes
und
Der Ecole Doctorale EMMA
der Université Paul-Verlaine/Metz
von
Camille Perrin
Saarbrücken und Metz
2010 Tag des Kolloquiums: 29. Oktober 2010
Dekan: Prof. Dr. S. Diebels
Vorsitzender: Prof. Dr. W. Arnold, Universität des Saarlandes
Berichterstatter: Prof. Dr. H. Vehoff, Universität des Saarlandes
Prof. Dr. M. Berveiller, Arts et Métiers ParisTech de Metz
Akad. Mitarbeiter: Dr. F. Aubertin, Universität des Saarlandes
Weitere Mitglieder: Dr. P. Franciosi, LPMTM, CNRS, Université de Paris 13
Prof. Dr. S. Diebels, Universität des Saarlandes
Dr. S. Berbenni, LPMM, CNRS, Université Paul-Verlaine de Metz
Dr. O. Bouaziz, Arcelor Mittal Research iiiRemerciements / Danksagung
CetravailaétéréaliséauLaboratoiredePhysiqueetdeMécaniquedesMatériaux
(Université Paul Verlaine de Metz) et dans le département sciences de matériaux et
méthode de l’université de la Sarre (Allemagne).
Je tiens tout particulièrement à remercier Marcel Berveiller de m’avoir permis de
réalisercettethèseauseindel’équipeRhéologieetMicrostructureduLaboratoirede
PhysiqueetMécaniquedesMatériaux(LPMM),et StéphaneBerbennipourm’avoir
encadré au cours de ces quatre années ainsi que pour m’avoir fait bénéficier de ses
compétences scientifiques. J’ai pu grâce à votre confiance participer à un projet
scientifique dans un environnement biculturel entre la France et l’Allemagne.
Mein Dank gilt auch insbesondere Herrn Prof. Dr. Horst Vehoff für die Betreuung
dieser Arbeit, für sein Vertrauen, für seine zahlreichen Räte und für interessante
Diskussionen.
Je remercie le soutien du collège doctoral franco-allemand (CDFA-06-09) ("Evolu-
tion des microstructures lors des procédés de mise en forme des matériaux : déve-
loppement de techniques expérimentales (CND) et de modélisation") piloté par les
Professeurs Walter Arnold et Marcel Berveiller qui m’a permis d’effectuer une thèse
en cotutelle franco-allemande dans de bonnes conditions.
Je remercie vivement Messieurs Patrick Franciosi (Directeur de recherche CNRS
au LPMTM de l’Université Paris 13) et Stefan Diebels (Professeur à l’Université de
la Sarre, Doyen de la Faculté 8) de l’honneur qu’ils m’ont fait en acceptant d’être
iiirapporteursdecetravail,ainsiqueMonsieurWalterArnold(Présidentdujury,Pro-
fesseur à l’Université de la Sarre, Faculté 8) et Messieurs Olivier Bouaziz (Ingénieur
de recherche HDR, Arcelor Mittal) et Franck Aubertin (Docteur à l’Université de la
Sarre, Faculté 8) pour leur participation au jury.
Mein Dank gilt den Mitarbeitern am WWM Institut : Frau Ohm, Rita, Andreas,
Peter und Stephan für ihre Freundlichkeit, für ihre Unterstützung, für ihre Hilfen.
Mein Dank gilt meinen Kollege und Freunde : Kerstin, Nousha, Afrooz, Wolfgang,
Markus, Michael, Tao, Mohammad und Jules. Sie waren für mich sehr wichtig. Ich
habe unvergessliche Zeit mit ihnen verbracht.
Je remercie Dominique Vincent, Anne-Martine Blum, Karima Siabdallah et Chris-
telle Soliman du LPMM pour leurs aides précieuses.
Je remercie mes camarades doctorants du LPMM, Christine, Olivier, Baguer, Yous-
sef, Yves, Nicolas, Hela pour leur soutien ainsi que leur amitié.
Je tiens à remercier Mr Eberhardt pour ses nombreux conseils et son aide précieuse.
Je remercie Sophie Berveiller, Raphaël Pesci, Marc Wary et Denis Bouscaud pour
m’avoir fait partager leur expérience de l’enseignement.
Je remercie Christophe Collard pour son aide précieuse concernant l’informatique
et les calculs scientifiques.
Je remercie Anna Utz pour ses cours d’allemand qui m’ont permis de prendre
confiance dans la langue de Goethe.
Je remercie tous les amis que j’ai pu rencontrer lors de mes études, en particulier
Abdelkader, Djilane, Dominique, Mamadou, Mohamed, Rémi, Rachid de l’univer-
sité de Metz et Damien et Rémi de l’ENIM.
Je remercie mes amis Xavier, Hélène, Nicolas et Adeline pour nos nombreux fous
rires, leur soutien inconditionnel et pour m’avoir permis de m’évader.
Je remercie mon ami Burç pour son soutien et pour m’avoir fait découvrir Sarre-
bruck comme personne et pour m’avoir présenté toute sa jolie famille. Tesekkürler
kanki!
Jeremercietouteslespersonnesde"LaBeugnatteèSouvenance"duclubdesretrou-
ivvaillesdeDieuzepourm’avoirenseignéleLorrainetpourtouslessuperbesmoments
que j’ai passé avec eux. Encore merci de m’avoir acceuilli si chaleureusement. J’ato
tojo bîn ahhe èvo vos!.
Je remercie Roland Bastien de Flocourt, C’at beun anlé, les chètes n’y vro-m’.
Je remercie "Toto" pour son soutien inconditionel depuis 15 ans.
Je remercie également Georges, Manu, Edith et Django pour leur soutien à leur
manière.
Enfin, le plus important, je remercie ma famille, tout d’abord mon père et ma mère
pour leur soutien constant, ma soeur Violette, mon frère Henri et sa femme Vé-
ronique qui sont toujours à mes côtés dans les moments importants, mes grands
parents Monique et Jeannot. J’ai également une pensée pour mes grands parents
Adéle et Jeannot.
vviTable des matières
Remerciements iii
Table des matières xii
Notations xiii
Résumé xv
Abstract xvii
Kurze Zusammenfassung xix
Zusammenfassung xxi
Introduction générale 1
1 Hétérogénéités des champs plastiques intra-granulaires 7
1.1 Description des hétérogénéités plastiques . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Les défauts individuels dans les cristaux - Rappels de base . . 7
1.1.2 Lignes et bandes de glissement plastiques . . . . . . . . . . . . 16
1.1.3 Cellules de dislocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2 Impact des hétérogénéités plastiques intra-granulaires sur les proprié-
tés mécaniques locales et globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.2.1 Impact sur les champs élastiques locaux . . . . . . . . . . . . 30
vii1.2.2 Effet de taille de grain et/ou de cellule de dislocations sur
le comportement mécanique macroscopique de métaux poly-
cristallins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2 Longueurs internes et approches de modélisation 39
2.1 Techniques d’homogénéisation à champs moyens . . . . . . . . . . . . 40
2.1.1 Contexte de plasticité cristalline : le glissement plastique . . . 40
2.1.2 Loi de comportement du grain en élasto-plasticité . . . . . . . 43
2.1.3 Comportement du polycristal : approche en champs moyens
avec les outils micromécaniques classiques pour la transition
d’échelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.1.4 Succès et insuffisances des modèles à champs moyens . . . . . 51
2.2 Introduction phénoménologique de la taille des grains et effets de
dispersion de tailles des grains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2.1 Loi de comportement locale dépendant de la taille de grain . . 64
2.2.2 Quelques résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.3 Autres approches actuelles pour traiter les effets de longueurs internes 70
2.3.1 Approche à Champs Moyens à Longueurs Internes (ACMLI) . 70
2.3.2 Dynamique dislocations discrètes . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.3.3 Mécanique des milieux généralisés . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3 Modélisation micromécanique statique discrète des défauts 81
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2 Equations de champs et thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.1 Equations de champs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.2 Energie libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.3 Incompatibilités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.3 Approche à champs moyens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3.1 Théorie continue des défauts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
viii