Etude expérimentale et numérique de la résistance aux chocs thermiques de céramiques thermomécaniques

par Alain Gaudon

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Jean Guillot.

Soutenue en 1993

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'utilisation des ceramiques techniques dans des structures soumises a des sollicitations thermomecaniques necessite la connaissance du comportement de ces materiaux face a une charge thermique exceptionnelle: le choc thermique. Apres une etude bibliographique prealable, un banc d'essai a ete construit. Celui-ci permet de generer un choc thermique par trempe a l'eau d'un echantillon prealablement chauffe dans un four. Il permet egalement l'acquisition numerique des temperatures lors de la trempe. Enfin il est equipe de hublots grace auxquels les phenomenes apparaissant lors de la trempe peuvent etre observes et filmes en ultra-cinema. L'analyse de tels films permet de mettre en evidence les differents phenomenes d'ebullition apparaissant lors de la trempe dans de l'eau a differentes temperatures (20c-100c) et de leur associer, par l'intermediaire d'un calcul numerique utilisant la technique des differences finies, le coefficient d'echange superficiel de chaleur correspondant. Une phase transitoire entre le debut du choc et l'etablissement d'un regime d'ebullition a ete mise en evidence. L'evaluation des etats de contrainte dans l'echantillon a ete realisee grace a un calcul thermomecanique utilisant la methode des elements finis (code de calcul samcef). Un calcul de probabilite de rupture utilisant les hypotheses formulees par weibull permet d'acceder a la probabilite de rupture en fonction du temps. Une etude experimentale a ensuite ete conduite sur du carbure de silicium puis sur un composite a matrice ceramique de type sic/sic. La determination de l'ecart critique de temperature (ecart minimal entre la temperature initiale de la piece et celle du bac de trempe pour lequel apparait une degradation de l'echantillon) pour le sic en fonction de la temperature du bain de trempe a permis de confirmer les resultats des calculs precedents. Les eprouvettes en sic/sic ont ete choquees thermiquement puis soumises a un essai de traction impose. L'augmentation de l'ecart de temperatures provoque une diminution du coefficient de proportionnalite. Des observations micrographiques au microscope electronique a balayage ont mis en evidence des fissures a travers les torons de fibres et une degradation des interfaces fibre-matrice localisee en peripherie de l'echantillon

  • Titre traduit

    Experimental and numerical study of the structural ceramics thermal shock resistance


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  • Détails : 156 p

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  • Cote : 1993TOU30252

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  • Cote : 1993TOU30252
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  • PEB soumis à condition
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