Analyse expérimentale de la propagation de fissures dans des tôles minces en al-li par méthodes de champs

Experimental analysis of crack propagation in al-li thin plate by fields methods

• Auteur / Autrice : Rébécca Berge-Gras
• Direction : Helmut Klöcker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 14/10/2011
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Jury : Président / Présidente : Joël Courbon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Molimard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Grédiac, Michel Suery

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micromètres

Déformations (mécanique)

Matériaux -- Fissuration

Essais dynamiques

Alliages aluminium-lithium

Mots clés libres

Aluminium

Chemin de fissuration

Observations in situ

Méthode de la grille

Mesure de champs de déformations

Rupture

Échelle micrométrique

Aluminium

Path crack

In-situ observation

Grid method

Full-field strain measurement

Rupture

Micrometric scale

Résumé

Ce travail porte sur des essais de traction réalisés sur des éprouvettes d’aluminium lithium entaillées, avec des observations in-situ du champ de déformations.La réduction de consommation de carburant est actuellement une priorité pour l’aviation. Les alliages d’ Al-Li sont d'excellents candidats pour réduire le poids des avions puisqu’ils combinent de très bonnes propriétés mécaniques avec une densité inférieure à celle des alliages conventionnels. Cependant, les propriétés mécaniques de ces matériaux sont fortement anisotropes, et il est essentiel de contrôler ce phénomène afin d'utiliser le matériel à bon escient. À cette fin, il est nécessaire d'avoir le maximum d'informations sur le matériau tant sur ses propriétés microstructurales (taille et forme des grains...) que mécaniques (élasticité, module de Young, résistance à la fissuration ...). Mais la connaissance de ces propriétés mécaniques globales n'est pas suffisante pour maximiser la résistance à la fissuration (critique dans l'application aéronautique). Dans ce contexte, ce travail vise à quantifier l'influence de la microstructure locale (orientation et la taille des grains) sur la fissuration.La propagation des fissures dans des tôles d’épaisseur 2 mm a été analysée. Les essais de traction ont été effectués sur des échantillons entaillés avec observation in-situ du champ de déplacement.Ainsi, la méthode de la grille a été adaptée pour déterminer de grandes déformations dans les grains. Le champ de déplacement a été caractérisée par la déformation d'une grille croisée collée (pas 30 um), et les paramètres affectant la qualité des résultats (résolution et résolution spatiale) ont été optimisés. Afin de compenser le mouvement du corps rigide, un nouveau système automatique d'acquisition d'image conduisant à de petites déformations entre chaque image a été développé. Une nouvelle méthode d'extraction de phase a été instauré, permettant un déroulage temporel de la phase.

This work concerns tensile tests carried out on notched Aluminum-Lithium specimens, with in-situ observations of the strain field.Reducing aviation fuel consumption is currently a priority. Al-Li alloys are excellent candidates for reducing weight of aircrafts. They combine very good mechanical properties with a lower density than conventional alloys. However, the mechanical properties of these materials are highly anisotropic, and it is essential to control this phenomenon in order to use the material wisely. To that end, it is necessary to have an enormous amount of information on the material both microstructural (size and shape of grains ...) and mechanical (yield strength, Young modulus, resistance to cracking ...) properties. But the knowledge of these overall mechanical properties is not enough to maximize resistance to cracking (critical in aeronautic application). In this context, this work aims to quantify the influence of local microstructure (orientation and size of grains) on cracking.Crack propagation in 2 mm thick Al-Li sheet metal has been analyzed. Tension test were carried out on deeply notched specimens with optical in-situ observation of the displacement field.Thus, grid method was adapted to determine large strains in the grains. The displacement field was characterized through the deformation of a bonded crossed square grid (path 30 µm), and the parameters affecting the quality of results (resolution and spatial resolution) have been optimized. In order to compensate the rigid body motion, a new automatic image acquisition system leading to small strains between each image have been developed. A new phase extraction method has been introduced allowing a temporal phase unwrapping.