Etude du comportement thermomécanique des alliages à mémoire de forme sous sollicitations multiaxiales complexes

Thermo-mechanical behaviour of shape memory alloys under complex three-dimensional loadings

• Auteur / Autrice : Karine Laverhne-Taillard
• Direction : Ahmed Benallal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Génie mécanique. Génie civil
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages à mémoire de forme

Mots clés libres

Effet mémoire simple sens multiaxial

Fraction volumique de martensite

Pseudoélasticité multiaxiale

Résumé

Le comportement spécifique des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) est dû à une transformation de phase appelée transformation martensitique. Cette transformation de phase peut être activée par des variations de température mais aussi par des chargements mécaniques. Si le comportement 1D de ces alliages est bien connu, la modélisation du comportement de ces alliages sous sollicitations multiaxiales complexes pose encore quelques problèmes. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la validation expérimentale directe d'une relation entre la fraction volumique de martensite et la déformation de transformation qui est utilisée dans de nombreux modèles. Pour cela des essais en traction-compression-torsion avec suivi de résistance électrique sur un AMF de type Cu-Al-Be sont réalisés. Ces essais mettent en évidence les effets de la texture de ces alliages sur leur comportement. Par ailleurs, des simulations numériques de type micro-macro sont réalisées, pour différentes textures et pour différents trajets multiaxiaux proportionnels. Ces simulations complètent, d'une part, la base de données expérimentale, et permettent, d'autre part, de valider les hypothèses retenues pour la modélisation. Enfin, des essais anisothermes de traction compression torsion proportionnels et non proportionnels sont réalisés sur un AMF de type Ni-Ti. Une surface de début de réorientation de phase R est ainsi mise en évidence.

The specific behaviour of Shape Memory Alloys (SMA) is due to a solid-solid transformation called martensitic transformation. This reversible transformation consists mainly in a shear without volume change and is activated either by stress or temperature. Despite all the properties of SMA are well known for one-dimensional mechanical loadings, the modelling of the 3D behaviour remains difficult. In a first step, we consider the experimental validation of a conjecture concerning the proportionality of the equivalent transformation strain with the martensite volume fraction. Therefore we perform tension-compression-torsion tests coupled with electrical resistance measurements on a Cu-Al-Be SMA. The behaviour of this alloy is sharply influenced by its crystallographic texture. Otherwise, numerical simulations on different textures and for several multiaxial loadings are performed. The experimental database is so completed in order to validate the choices made for the modelling. Finally, we perform several tension-torsion proportional and non-proportional, non-isothermal tests on a Ni-Ti SMA. The existence of an equivalent stress, able to describe the yield stress for phase-R reorientation is so highlighted.