Etude expérimentale et numérique des propriétés d'élasticité de matériaux modèles hétérogènes

par Yoann Joliff

Thèse de doctorat en Procédés et Matériaux céramiques

Sous la direction de Jean-Claude Glandus et de Joseph Absi.

Soutenue en 2006

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Le comportement thermomécanique des matériaux réfractaires dépend fortement des valeurs de leur module d’Young. Cependant leur microstructure, toujours complexe, rend difficile la compréhension de l’influence de la température sur le module d’élasticité. Ce travail s'intéresse aux propriétés d’élasticité, en fonction de la température, de matériaux réfractaires réels, par l'étude de matériaux modèles biphasés (matrice de verre et inclusions d’alumine). Le différentiel de dilatation thermique non nul présent dans ces matériaux génère des décohésions aux interfaces matrice/inclusions. L’absence de modèle analytique capable de prédire la valeur du module d'Young apparent de ces matériaux, nous a conduits à utiliser une approche numérique basée sur la méthode des éléments finis. Des modèles numériques mono et multi-inclusionnaire(s) soumis à des sollicitations thermiques ont été étudiés. La variation de température (ascendante et/ou descendante) induit un endommagement à l’interface matrice/inclusion. Le module d’Young de ces échantillons est alors estimé en simulant un essai de compression et/ou de traction. En parallèle, des valeurs expérimentales du même paramètre sont obtenues par une technique ultrasonore permettant de suivre in situ l’évolution du module d’Young en fonction de la température. La confrontation des résultats numériques et expérimentaux pour des échantillons de mêmes teneurs en inclusions est généralement très satisfaisante et valide ainsi la démarche adoptée.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical study of the thermomechanical behaviour of model materials


  • Résumé

    The thermomechanical behavior of refractory materials strongly depends on the values of their Young's modulus. However their microstructure, always complex, makes difficult the comprehension of the temperature influence on their elastic moduli. This work is devoted to the study of the temperature dependance of the elastic properties of real refractory materials, by means of the study of bi-phased model materials (glass matrix and alumina inclusions). The thermal mismatch in the thermal expansion coefficients of the material components induces debondings at the matrix/inclusions interfaces. The lack of analytical model able to predict the apparent Young's modulus value of such materials, led us to implement a numerical approach using the finite element method. Numerical models containing one or many inclusion(s) are subjected to thermal loadings which damage the matrix/inclusion(s) interface because of the temperature variation imposed (increase and/or decrease). Then, the Young's modulus of these materials is estimated by simulating a compression and/or tension test. Moreover, experimental values of the same parameter are obtained by an ultrasonic technique making it possible to follow in situ the evolution of the Young's modulus according to the temperature. The comparison of the numerical and experimental results for samples exhibiting the same inclusions contents is generally very satisfactory and thus valids the approach developed in the present work.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (167p.)
  • Annexes : Bibliographie, 9 p.

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
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