Modélisation physique des stades précurseurs de l'endommagement en fatigue dans l'acier inoxydable austénitique 316L

par Christophe Déprés

Thèse de doctorat en Mécanique. Conception, géomécanique, matériaux

Sous la direction de Suzanne Degallaix et de Marc Fivel.

Soutenue en 2004

à Grenoble, INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Un code numérique simulant le comportement d es dislocations à l'échelle mésoscopique (Dynamique des Dislocations Discrètes) a été utilisé pour étudier la plasticité cyclique dans les grains de surface d'un acier inoxydable 316L, afin de comprendre le scénario qui conduit à la formation d'une fissure et d'élaborer un modèle d'amorçage. Dans un premier temps, la formation et l'évolution des microstructures de dislocations a été étudiée : elle a montré que le glissement dévié jouait un rôle majeur dans la localisation de la déformation plastique. Dans un second temps, l'origine physique de l'endommagement est étudiée d'une part à partir de l'évolution du relief de surface induit par l'émergence des dislocations à l'extérieur du cristal et d'autre part grâce aux calculs de l'énergie stockée par la microstructure. Cette étude a montré qu'un relief de surface irréversible en extrusion/intrusion pouvait être induit par le seul mouvement des dislocations, et que le nombre de cycles à l'amorçage suivait alors une loi du type Manson-Coffin. L'étude de l'énergie de distorsion emmagasinée par lê microstructure montre que des zones favorables à l'apparition de fissures existent dès les premiers cycles, et que la propagation en mod Il dans les grains de surface résulte d'un ensemble de microdécohésions le long des plans de glissement primaires, favorisées par diver effets (concentration de contraintes associées au relief de surface, effet d'environnement. . . ). Enfin, ces études de fatigue ont permis d'ébaucher un modèle physique d'écrouissage cinématique utilisable par les modèles continus di plasticité cristalline dont les variables d'états sont les densités de dislocations.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    A three dimensionnal discrete dislocation dynamics modelling of the early cycles of fatigue in an austenitic stainless steel 316L : dislocation microstructure and damage analysis.


  • Résumé

    A numerical code modelling the collective behaviour of dislocations at a mesoscopic scale (Discrete Dislocation Dynamics code) is used to analyse the cyclic plasticity that occurs in surface grains of an AISI 316L stainless steel, in order to understand the plastic mechanism involved in crack initiation in fatigue. Firstly, the analyses of both the formation and the evolution of the dislocation microstructures show the crucial role of cross-slip played in the strain localization in the form of slip bands. As the cycling proceeds, the slip bands exhibit well-organized dislocation arrangements that substitute to dislocation tangles, involving specifie interaction mechanisms between primary and deviate systems. Secondly, both the surface displacements generated by plastic slip and the distortion energy induced by the dislocation microstructure have been analysed. We find that an irreversible surface relief in the form of extrusion/intrusion can be induced by cyclic slip of dislocations. The number of cycles for the crack initiation follows a Manson-Coffin type law. The analyses of the concentration of the distortion energy and its repartition in the slip bands show that beneficial energetic zones may be present at the very beginning of the cycling, and that mode-II crack propagation in the surface grains results from a succession of micro-crack initiations along primary slip plane, which is facilitated by various effects (stress concentration due to surface relief, environment effects. . . ). Finally, a dislocation-based model for cyclic plasticity is proposed from Discrete Dislocation Dynamics results.

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Informations

  • Détails : vii-186 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-181

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS04/INPG/0133
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS04/INPG/0133/D
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