Caractérisations microscopiques et tomographiques de microstructures de matériaux composites et étude des relations aux propriétés élastiques associées

par Hervé Lebail

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Patrick Franciosi.

Soutenue en 2001

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les modélisations de comportement élastique macroscopique des matériaux hétérogènes à l'aide des méthodes d'homogénéisation sont à même de prendre en compte quantitaivement des informations descriptives sur leurs microstructures. Ces informations sont accessibles de plus en plus précisément grâce aux progrès en résolution des techniques de caractérisation microscopique (2D) et tomographique X (3D). De l'analyse morphologique microstructurale on accède donc aux paramètres des modèles. Cette thèse s'intéresse à cette problèmatique pour des matériaux multiphasés soit spécifiquement élaborés (" modèles " compte tenu de leur morphologie structurale contrôlée), soit issus du monde industriel, pour lesquels on caractérise leurs structures aux échelles adéquates et on mesure les propriétés élastiques globales par méthode ultrasonore. L'utilisation des concepts et méthodes de la morphologie mathématique en fournit une description statique qui est utilisée pour calculer à l'aide des modèles (encadrement et estimations) le comportement élastique effectif associé. On analyse les effets relatifs des paramètres microstructuraux sur les résultats obtenus via ces deux approches, expérimentale et théorique, en s'aidant notamment de simulations numériques de microstructures et de méthodes alternatives de calcul de propriétés effectives par transformation de Fourier rapide. L'étude s'articule autour des notions d'homogénéité / hétérogénéité et d'isotropie / anisotropie de répartition spatiale des phases constituantes, pour des organisations biphasées et multi-phasées. A l'issue de ces analyses, les différentes méthodes d'homogénéisation sont éprouvées et leurs limitations respectives sont discutées.

  • Titre traduit

    = Microscopic and tomographic characterization of composite materials microstructures and relationship with the associated elastic properties


  • Résumé

    The modelling of the elastic macroscopic behaviour of heterogeneous materials with the help of homogenization methods are able to take quantitatively into account some descriptive information of their microstructures. These data are obtained more and more precisely thanks to recent resolution’s progress in microscopic (2D) and tomographic (3D) characterization techniques. From the morphological analysis of the microstructure, access is allowed to the modelling parameters. This is the subject matter of this thesis, either for specifically elaborated multiphase materials (“model materials” in the sense of their controlled morphology) and common-used industrial materials, for which one characterizes their structure at a proper scale and measures their overall elasticity properties by ultrasonic methods. The use of the concepts and methods of mathematical morphology provides s statistical description which is used in order to calculate from the model (bounds and estimates) the associated elastic behaviour. One analyses the relative effects of the microstructural parameters on the obtained results from this two approaches, experimental and theoretical, with the help, in particular, of numerical simulations and alternative homogenisation methods by fast Fourier transform calculation. This study deals with the notions of homogeneity / heterogeneity and isotropy / anisotropy of spatial phase repartition, in the case of 2-phase and multi-phase materials. From these analyses, the different homogenisation methods are questioned their respective limitation are discussed.

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Informations

  • Détails : 320 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 313-320

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2794)
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