Analyse expérimentale et numérique de la plasticité à l’échelle des grains individuels dans un polycristal d’aluminium déformé en traction uniaxiale

par Loïc Renversade

Thèse de doctorat en Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Andras Borbely.

Soutenue le 17-10-2016

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec PMM-ENSMSE- Département Physique et Mécanique des Matériaux (laboratoire) .

Le président du jury était Roland Fortunier.

Le jury était composé de Andras Borbely, Roland Fortunier, Olivier Castelnau, Veijo Honkimaki, Felix Latourte, Wolfang Ludwig, Romain Quey.

Les rapporteurs étaient Olivier Castelnau, Veijo Honkimaki.


  • Résumé

    Ce travail vise à améliorer la compréhension de la déformation locale des matériaux polycristallins. Pour cela, les comportements des grains individuels d'un polycristal d'aluminium déformé plastiquement sont étudiés par une approche couplant expériences in situ en synchrotron et simulation par élément finis.Dans l'expérience, la microstructure initiale est cartographiée par tomographie en contraste de diffraction (DCT). L'éprouvette est déformée en traction uniaxiale et 466 grains sont suivis par microscopie 3D par diffraction des rayons X (3DXRD) jusqu'à une déformation de 4.5%. De nouvelles méthodes d'analyse originales donnent accès aux orientations, déformations élastiques et contraintes, en moyenne par grain, et permettent de déterminer les distributions d'orientations intragranulaires à partir des données 3DXRD.Dans la simulation, la microstructure réelle (DCT) est modélisée par une partition de Laguerre, maillée finement et soumise au chargement expérimental. Les champs mécaniques et les champs d'orientations résultants peuvent être comparés aux données expérimentales.La comparaison entre expérience et simulation révèle un accord au premier ordre. Les rotations expérimentales montrent une forte variabilité associée à l'interaction intergranulaire et bien reproduite dans la simulation. Les distributions d'orientations ont des directions d'étalement privilégiées perpendiculaires à la direction de traction, ce qui est relié aux mécanismes de déformation du matériau. Les contraintes montrent un bon accord, dans la limite de la précision de mesure. Ces données, très riches, fournissent des pistes d'amélioration pour les modèles de plasticité cristalline.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical analysis of single grain plasticity in an aluminium polycrystal deformed in uniaxial tension


  • Résumé

    This work aims to improve our understanding of the local deformation of polycrystalline materials. To this end, in situ synchrotron experiments and finite element simulations are coupled to study the individual grain responses in an aluminium polycrystal during plastic deformation.In the experiment, the initial microstructure is mapped by Diffraction Contrast Tomography (DCT). The specimen is deformed in uniaxial tension and 466 grains are followed by 3D X-Ray Diffraction (3DXRD) up to 4.5% plastic strain. New original analysis methods provide the grain average orientations, elastic strains and stresses, and allow determining the intra-grain orientation distributions from the 3DXRD measurements.In the simulation, the real microstructure (DCT) is modeled by a Laguerre tessellation, finely meshed and submitted to the experimental loading. The resulting mechanical and orientation fields can be compared to the experimental data.The comparison reveals a first-order agreement between experiment and simulation. The experimental rotations exhibit a high variability, associated to grain interaction and well reproduced in the simulation. The orientation distributions exhibit preferential spread directions perpendicular to the tensile direction, which can be related to the deformation mechanisms. Lastly, the stresses are found to be in agreement within the measurement accuracies. Such a rich dataset provides routes to improve crystal plasticity models.


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