Étude et modélisation du comportement cyclique des alliages à mémoire de forme

Study and modelisation of shape memory alloys cyclic behavior

• Auteur / Autrice : Luc Saint-Sulpice
• Direction : Sylvain Calloch, Shabnam Arbab Chirani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Brest
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire brestois de mécanique et des systèmes (2008-2015)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École nationale d'ingénieurs de Brest (1961-....) - École nationale supérieure des ingénieurs des études et techniques d'armement (1971-2010)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages à mémoire de forme

Mots clés libres

Alliages à mémoire de forme

Transformation de phase

Essais cycliques

Modélisation macroscopique

Chargements thermo-mécaniques

Cu-Al-Be

Martensite bloquée

Résumé

Les alliages à mémoire de forme [AMF] sont utilisés dans un grand nombre d’applications. Or celles-ci imposent généralement un chargement cyclique qui fait évoluer leur comportement. Nous avons donc étudié ce comportement en réalisant une base d’essais en superélasticité et en effet mémoire assisté montrant l’apparition d’une déformation résiduelle au cours du cyclage. A la fin de ces essais l’application d’un flash thermique a permis de déterminer que l’origine de cette déformation résiduelle provient majoritairement de martensite résiduelle pour l’alliage utilisé, Un modèle macroscopique a ensuite été développé afin de prendre en compte cet aspect du comportement des alliages à mémoire de forme. C’est un modèle à seuil permettant de prendre en compte les différentes propriétés des alliages à mémoire de forme telles que la dissymétrie traction-compression, l’effet point-mémoire, la réorientation de la martensite lors de chargements multiaxiaux non-proportionnels ainsi que l’apparition de martensite bloquée lors de chargements cycliques. Le modèle a été implanté dans un code de calcul par éléments finis afin de simuler le comportement de structures sous chargement cyclique. L’utilisation du modèle pour la validation de comportement ou l’aide à la conception a été montrée sur deux applications courantes utilisant des alliages à mémoire de forme.

The shape memory alloys [SMA] are used in many applications. But they generally impose a cyclic loading which is changing their behavior. We studied this behavior by performing an experimental database in superelastic and assisted shape memory effect (recovery strain) showing the appearance of a residual strain during cyclic tests. The application of a thermal flash at the end of these tests was used to determine the origin of this residual strain which is mainly due to residual martensite in the used alloy. A macroscopic model was developed to take into account this aspect of the shape memory alloy behavior. It is a threshold model taking into account the various properties of shape memory alloys such as the tension-compression asymmetry, the return point memory effect, the reorientation of martensite during multiaxial non-proportional loadings and the appearance of jammed martensite during cyclic loadings. The model was implemented in a finite elements code in order to simulate the behavior of structures under cyclic loadings. Its use for validation of the behavior or as a help in the conception was shown on two common applications using shape memory alloys.