Modélisation numérique de l'endommagement des couches en proche surface : application aux systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2

par Li Li

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Delphine Brancherie et de Jean-Marc Roelandt.

Soutenue en 2011

à Compiègne .


  • Résumé

    Dans le contexte de la prévision de la tenue des matériaux revêtus sollicités par des chargements mécaniques, nous avons développé un modèle numérique basé sur la mécanique de l’endommagement permettant de d’ écrire les scénarios de rupture des couches d’oxyde dans les systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2 (la fissuration traversante périodique dans la couche d’oxyde et le décollement de la couche) en utilisant une méthode à discontinuités fortes couplée à des éléments d’interface. Afin de prendre en compte la présence de défauts initiaux dans la couche d’oxyde, les contraintes limites à rupture des éléments constituant la couche d’oxyde sont distribuées de manière aléatoire. Une analyse statistique sur la « distance interfissure moyenne » de la fissuration périodique a été effectuée. Le modèle développé s’appuie sur une analyse expérimentale des phénomènes de rupture de la couche d’oxyde. Cette analyse porte sur l’observation de l’ évolution des phénomènes de rupture générés dans les systèmes métal/oxyde en fonction du chargement mécanique global de traction appliqué/ Ces observations sont menées à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB). Elles ont notamment permis de déterminer la « distance interfissure moyenne » et par corrélation avec les calculs, les paramètres du modèle (la contrainte limite à rupture de l’interface métal/oxyde, l’ énergie de fissuration des fissures traversant la couche d’oxyde) ont été identifiés et notre approche numérique a été validée.

  • Titre traduit

    Numerical modelling of the damage phenomenon of coatings : application to Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    In the context of the prediction of coated materials durability submitted to mechanical loadings, we have developed a numerical model based on damage mechanics able to describe oxide layer fracture for Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems (the periodic crack pattern in the oxide layer and the debonding of the oxide layer). A finite element model combining strong discontinuity approach and interface elements has been used. To take into account the initial defects in the material, we consider randomly distributed limit stress in the oxide layer. A statistical analysis is performed to evaluate the “mean inter-crack distance” of the periodic crack pattern in the oxide layer. The developed model is based on an experimental analysis of the oxide layer fracture phenomenon. This analysis focuses on the observation of the oxide layer damage evolution with different levels of mechanical loadings. These observations are performed by scanning electron microscopy (SEM) which allows to determine the “mean inter-crack distance” and by correlation with the numerical results, the model parameters (the limit stress of the metal/oxide interface, the crack energy of the periodic cracks) have been identified and our numerical approach has been validated.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (163 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 101 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 LIL 1929
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