Multifissuration unidirectionnelle des revêtements à caractère fragile : simulation numérique et étude d'échantillons industriels

par Bakht-Baidar Sajid

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de André Mezin.

Soutenue en 2000

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Une simulation numérique est réalisée pour décrire le phénomène de multifissuration qui se produit dans les revêtements fragiles minces, sous une sollicitation extérieure uniaxiale. On admet que les défauts sont repartis dans le revêtement à des positions aléatoires, et leur distribution en taille est choisie de telle façon que la densité de probabilité de rupture suive la forme de Weibull. On admet que l'amorçage de fissure sur un défaut survient selon le critère de Griffith. La distribution de contrainte dans le dépôt fissure est déterminée par un modèle analytique décrit brièvement dans cette étude. Le modèle de Widom est adapté pour décrire le phénomène de multifissuration. La simulation est validée en l'adaptant pour le modèle sans relaxation de contrainte (Src) et de Widom, et en comparant alors les résultats donnes par la simulation aux solutions analytiques de ces modèles. La distribution des distances interfissures, obtenue par la simulation, est interprétée par le modèle de Widom et des grands-paves, pour déterminer la densité de probabilité de rupture (Dpr) et la taille de la zone d'exclusion (Tze). Cette démarche nous a permis de préciser les limitations des modèles analytiques. On trouve que ces modèles représentent correctement le phénomène de multifissuration à des faibles densités de fissures, alors qu’à des grandes densités, ils sous-estiment largement la Dpr ; l'écart augmente avec la densité de fissures. On note que la limite de l'applicabilité du modèle des grands-paves est un peu plus grande que celle de Widom. On trouve que la limite du domaine de l'applicabilité augmente avec un paramètre donne, si l'importance de la relaxation de contrainte dans le phénomène de multifissuration diminue avec ce paramètre. On trouve également que, contrairement à ce que tentent de montrer plusieurs auteurs, la Tze décroit de manière monotone avec la sollicitation appliquée. Cela montre qu'un modèle de multifissuration avec une Tze décroissante sera certainement une meilleure représentation du phénomène que ceux qui considèrent la Tze soit comme une constante soit comme une fonction croissante de la sollicitation. En comparant la Tze, obtenue par une approche analytique, à la distance interfissures moyenne, on trouve qu'au-delà d'une certaine densité de fissures, la formation des fissures se produit principalement au centre des segments, donc comme dans le cas d'un revêtement parfaitement homogène. Pour étudier l'influence de différents paramètres, les essais de multifissuration sont effectues sur plusieurs revêtements tels Tibn, Tin, Crn, Cr et nitrure, déposés sur un substrat d'acier inoxydable. Les résultats expérimentaux sont interprétés en termes de fragilité et d'homogénéité du revêtement. On étudie en particulier le rôle des différents paramètres tel que la nature et l'épaisseur du revêtement, l'état de surface du substrat (rugosité, rayures, polissage,) les macro-défauts, la largeur d'échantillon, les paramètres de réalisation du dépôt, etc la possibilité d'appliquer la simulation pour interpréter les résultats expérimentaux est aussi décrite.


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  • Détails : 1 vol. (164 p.)
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