Interaction dislocations - joints de grains en déformation plastique monotone : étude expérimentale et modélisations numériques

par Gaël Daveau

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Benoît Devincre et de Thierry Hoc.

Le président du jury était Philippe Bompard.

Le jury était composé de Benoît Devincre, Thierry Hoc, Samuel Forest, Philippe Goudeau, Odile Robach.

Les rapporteurs étaient Samuel Forest, Philippe Goudeau.


  • Résumé

    Modéliser la déformation plastique des polycristaux est un objectif majeur de la science des matériaux. Tous les modèles actuels comportent une partie phénoménologique n´ecessitant un ajustement de paramètres sur des résultats expérimentaux. Cette thèse vise à mettre en place un nouveau modèle, justifié physiquement, sans paramètre ajustable et adapté à la modélisation du polycristal CFC en sollicitation monotone. Afin de mesurer les champs mécaniques à l’échelle du micromètre, des mesures de microdiffraction Laue ont été réalisées sur un tricristal de cuivre à une faible déformation plastique. Ces mesures nous renseignent sur les mécanismes plastiques intervenant très près des joints de grains et définissent des états de référence pour les simulations. On montre principalement que la déformation plastique s’accompagne d’un stockage de dislocations géométriquement nécessaires (GND) aux joints de grains, en relation avec l’apparition de contraintes internes à longue distance. Des simulations de Dynamique des Dislocations dans des bicristaux ont ´et´e réalisées afin de caractériser les phénomènes physiques mis en œuvre. Ces simulations confirment que l’interaction dislocations - joints de grains s’accompagne d’un stockage de GND sous la forme de microstructures tridimensionnelles très inhomogènes. Les propriétés mécaniques induites par ce phénomène complexe peuvent être quantifiées par des lois continues élaborées à partir de l’approximation théorique d’un empilement unidimensionnel. Les lois de comportement ainsi définies ont ensuite été incorporées dans une modélisation micromécanique de plasticité cristalline, jusqu’ici dédiée au monocristal CFC. Le modèle ainsi construit a maintenant la capacité de prédire les mesures réalisées sur le tricristal de cuivre. Nous avons ainsi mis en place un modèle physiquement justifié et adapté `a la modélisation du polycristal CFC en sollicitation monotone.

  • Titre traduit

    Dislocation - grain boundary interaction in monotonic plastic deformation : experimental and numerical modelling studies


  • Résumé

    The modeling of strain hardening in polycrystals is a difficult and still standing task. Current existing models are partly phenomenological, as they always consider constitutive parameters adjusted on the experiment. The aim of the present study is to design a physically based model for the basic problem of monotonic deformation in the FCC polycrystal. Laue microdiffraction is used to measure the mechanical fields in the vicinity of grain boundaries in a copper tricrystal compress at 0.2%. These measurements aim to characterize the plastic phenomena involved and to provide experimental data as bench results for the simulations. Evidences of geometrically necessary dislocations (GND) storage close to the grain boundaries are given in relation with the apparition of longrange internal stresses. Dislocations Dynamics simulations are used to study the plastic strain close to a grain boundary in Cu bicrystals. We show that close to the boundaries plastic strain is associated to the storage of heterogeneous GNDs in complex 3D microstructures. The mechanical properties associate to such microstructure can be described with continuous laws based on a theoretical approximation assuming a 1D pile-up. The corresponding constitutive laws are then introduced in a crystal plasticity model initially devoted to FCC single crystal plasticity and solved with Finite Elements simulations. The new model we propose as now the capacity to reproduce or predict the experimental results we first obtained in the Cu tricrystal. In conclusion, a physically justified model is proposed to predict plastic deformation for the FCC polycrystal in monotonic deformation.


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