Contribution à l'étude expérimentale et numérique à l'échelle de la microstructure de l'écaillage d'un alliage de titane

par Xavier Boidin

Thèse de doctorat en Mécanique. Physique et sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Hafid Sabar.

Soutenue en 2005

à Metz .


  • Résumé

    L'écaillage est un processus qui, sous un chargement dynamique rapide, conduit à l'endommagement voire à la ruine d'un matériau. La rupture finale résulte d'un processus progressif de création de vides qui vont sous l'action de certains facteurs s'agrandir puis coalescer. Le Ta6V est l'alliage de titane le plus connu et le plus utilisé. Sa microstructure conditionne en tout premier lieu les propriétés mécaniques du matériau, et est un élément essentiel dans l'analyse de l'endommagement. Le titane étudié présente une microstructure biphasée α+β de type Widmanstätten, composée de colonies de lamelles de phase α séparées par une phase β. Une campagne d'essais d'impact plaque/plaque sur le lanceur à gaz du LPMM a été menée. Le Ta6V utilise les mêmes mécanismes d'écaillage que les aciers, à savoir une phase d'amorçage, de croissance et de coalescence de vides. Du fait de la particularité de la structure, la nucléation des vides se produit à un endroit privilégié. A partir d'observations post-mortem du matériau écaillée, un modèle mésoscopique a été développé permettant de déterminer la contrainte macroscopique d'écaillage en fonction du temps de chargement et du niveau d'endommagement. Afin de prendre en compte l'effet de la microstructure particulière du Ta6V et par la même occasion réduire le nombre de coefficients intervenant dans ce modèle, des simulations d'essai d'impact sont effectuées, dans un code de calcul éléments finis, sur un maillage représentatif de la microstructure du matériau. Une loi de comportement micromécanique, prenant en compte les mécanismes de la plasticité cristalline, est alors implémentée afin de déterminer la contrainte de nucléation.

  • Titre traduit

    Contribution to the experimental and numerical study on microstructure scale of spalling of titanium alloy


  • Résumé

    Spalling is defined as a complete or partial separation of material resulting from the tension induced by the interaction of two waves. The final fracture results from a progressive process of voids nucleation which under the action of certain factors increase to coalesce. Ta6V is the most known and used titanium alloy. Its microstructure conditions in very first place the mechanical properties of material, and is an essential element in the analysis of damage. The titanium studied presents a dual α-β phase microstructure called Widmanstätten structure, composed of colonies of α phase lamellae separated by β phase. Series of impact tests have been performed on the gas launcher developed in LPMM. Ta6V uses the same mechanisms of spalling as steels, namely a phase of nucleation, growth and coalescence of voids. Due to the structure characteristic, voids nucleation occurs at privileged places. According to post-mortem microscopic observations of spall specimens, a fracture model has been developed. The goal is to determine the macroscopic stress of spalling in function of loading time and damage level via a meso-macro approach. In order to take into account the effect of particular microstructure of Ta6V and, at the same time, to reduce the intervening number of coefficients in this model, a complete numerical approach of impact tests is developed, via the finite element calculations, on a representative mesh of Widmanstätten structure to simulate micro-voids nucleation. Then, a crystalline constitutive law is implemented to calculate the local stress of micro-voids nucleation.

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Informations

  • Détails : 150 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 141-150

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. Bibliothèque du Saulcy.
  • Non disponible pour le PEB
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