Comportement dynamique unixial et biaxial des alliages à mémoire de forme de type nickel-titane nanocristallins

par Pierre Quillery

Projet de thèse en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Han Zhao et de Olivier Hubert.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec Hong Kong University of Science & Technology, Mechanical and Aerospace Engineering , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne) , en partenariat avec LMT - Laboratoire de mécanique et de technologie (laboratoire) et de École normale supérieure Paris-Saclay (Cachan, Val-de-Marne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Les propriétés des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) sont dues à une transformation de phase solide-solide appelée transformation martensitique, impliquant une phase « haute température », l'austénite et une phase « basse température », la martensite. Cette transformation peut être activée par un chargement thermique (échauffement ou refroidissement) ou mécanique (contrainte). La pseudoélasticité et l'effet mémoire sont ainsi des conséquences directes de cette transformation. La transformation de phase correspondant à une transformation de premier ordre, elle s'accompagne d'effets exo ou endo-thermiques très prononcés, en particulier à haute vitesse de sollicitation. Par ailleurs, si le comportement dynamique uniaxial des AMF est aujourd'hui relativement bien documenté, leur comportement sous sollicitations multiaxiales reste méconnu. Une telle connaissance est cependant indispensable à la validation des modèles. L'étude porte d'autre part sur un AMF de nickel-titane en cours de développement dont la structure nanocristalline lui confère un comportement singulier que peu de modèles parviennent à reproduire. L'accès à son comportement dynamique multiaxial revêt un double intérêt : pouvoir activer plus facilement les phénomènes exothermiques et donc mieux capter les sources associées au changement de phase ; posséder des expériences de validation d'un modèle multiéchelle dédié à ce matériau. Le projet proposé s'inscrit ainsi dans le triple objectif du développement d'une expérimentation multiaxiale dynamique, système très peu répandu dans la communauté scientifique, de la mesure du comportement dynamique d'un alliage NiTi nanocristallin au très large potentiel d'applications industrielles, et de la modélisation multiéchelle de ce matériau.

  • Titre traduit

    Uniaxial and biaxial dynamic behavior of nanocrystalline nickel-titanium shape memory alloys


  • Résumé

    The properties of shape memory alloys (SMA) are due to a solid-solid phase transformation called martensitic transformation, involving a 'high temperature' phase, austenite and a 'low temperature' phase, martensite. This transformation can be activated by thermal loading (heating or cooling) or mechanical loading (stress). Pseudoelasticity and memory effect are thus direct consequences of this transformation. The phase transformation corresponding to a first-order transformation is accompanied by very pronounced exo or endo-thermal effects, in particular at high strain rate. Moreover, although the uniaxial dynamic behavior of SMA is relatively well documented today, their behavior under multiaxial stress remains unknown. However, such knowledge is essential for model validation. The study also concerns a nickel-titanium SMA under development whose nanocrystalline structure leads to some singular behavior that few models manage to reproduce. The access to its multiaxial dynamic behavior has a dual interest: activate easier the exothermic phenomena and thus allow a better capture of thermal sources associated with the phase transformation; Carry out experiments to validate a multiscale model dedicated to this material. The proposed project has thus a triple objective: 1/ the development of a dynamic multiaxial experimental system that is not very widely used in the scientific community, 2/ the measurement of a nanocrystalline NiTi alloy dynamic behavior, that exhibits a very wide potential for industrial applications, 3/ the multi-scale modeling of this material.