Etude microstructurale et modélisation numérique muti-échelle du comportement de TiA6V4 sous sollicitations mécaniques.

par Fatna Benmessaoud

Projet de thèse en Génie mécanique, mécanique des matériaux

Sous la direction de Farhad Rezai-aria et de Mohammed Cheikh.

Thèses en préparation à l'Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux , dans le cadre de MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés , en partenariat avec ICA - Institut Clément Ader (laboratoire) et de SUMO - Surfaces, Usinage, Matériaux et Outillages (equipe de recherche) depuis le 15-11-2016 .


  • Résumé

    L'alliage de titane Ti6Al4V est parmi les matériaux les plus utilisés dans la fabrication de nombreuses pièces de l'industrie aéronautique et aérospatiale, principalement pour ses caractéristiques mécaniques performantes associées à une faible masse volumique. A la température ambiante, l'étude de comportement mécanique de l'alliage de titane Ti6Al4V repose sur l'analyse de déformation de la phase alpha, cette déformation est assurée par le glissement cristallographique qui peut être entravé par différents obstacles notamment le frottement du réseau cristallin, les dislocations immobiles, les atomes de solutés et les joints des grains. Ces éléments élémentaires donnent à la déformation plastique un caractère hétérogène et discontinu à l'échelle locale. En raison de cette hétérogénéité locale et la forte anisotropie de structure hexagonale compacte de la phase alpha de Ti6Al4V, la modélisation de son comportement mécanique macroscopique nécessite la prise en compte du rôle des mécanismes élémentaires microscopiques. L'objectif de la thèse est de proposer un modèle de comportement multi-échelle capable de prédire la réponse de Ti6Al4V sous sollicitations quasi-statique monotones ou cycliques en analysant l'effet de la morphologie et de la texture cristallographique. Trois microstructures de TA6V avec des tailles de grains initiales différentes : grains très fins, grains fins, et grains de taille standard (UFG/FG/STANDARD) seront investiguées. Le modèle de comportement développé utilisera des approches macroscopiques phénoménologiques, des approches multi-échelle et des modèles de plasticité cristalline, il sera identifié à l'aide des essais mécaniques (monotones et cycliques), des caractérisations microstructurales et des techniques appropriée de transition d'échelles en champs moyens et puis implémenté dans le code de calcul par éléments finis ABAQUS où un Volume Équivalent Représentatif permettant la prise en compte des microstructures initiales et leurs évolutions sous l'effet des sollicitations envisagées sera également identifié.

  • Titre traduit

    Microstructural study and numerical multi-scale modeling of TiA6V4 behavior under mechanical stresses.


  • Résumé

    Titanium alloy Ti6Al4V is one of the most widely used materials at aerospace and aerospace industry, mainly for its high mechanical characterizations associated with low density. At room temperature, the mechanical behavior study of Ti6Al4V titanium alloy is based on the analysis of plastic strain on alpha phase, this plastic strain is ensured by the crystallographic slip which can be hindered by various obstacles: friction of the crystalline lattice, immobile dislocations, solute atoms, and grain boundaries. These elements give the plastic deformation a heterogeneous and discontinuous character at the local scale. Due to this local heterogeneity and the strong anisotropy of the compact hexagonal structure of the Ti6Al4V alpha phase, the modeling of macroscopic mechanical behavior requires taking into account the role of the microscopic elementary mechanisms. The aim of the Phd is to propose a multi-scale behavior model able to predicting the Ti6Al4V response under monotonic or cyclic quasi-static solicitations by analyzing the effect of morphology and crystallographic texture. Three TA6V microstructures with different initial grain sizes: very fine grains, fine grains, and standard sized grains (UFG / FG / STANDARD) will be investigated. The developed behavioral model will use phenomenological macroscopic approaches, multi-scale approaches and crystalline plasticity models. This model will be identified using mechanical tests (monotonic and cyclic), microstructural characterization and muti-scale approchs and it will be implemented in the ABAQUS code where a representative Equivalent Volume allows for the consideration initial of microstructures and their evolution under the effect of the envisaged solicitations will be identified.