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– NANOCRYSTALS

Résumé de soumission

Ce projet ANR a pour objectif d'introduire de nouvelles techniques de transition d'échelles permettant la modélisation de la réponse mécanique des matériaux nanocristallins. Ces derniers présentent des particularités telles que la bien connue chute de la loi de Hall et Petch ou encore leurs taux de déformation qualifies d' »anormaux ». Bien qu'un effort substantiel ait déjà été fournit afin d'améliorer les techniques de fabrications et de modélisation, a différentes échelles, des matériaux nanocristallins, de nombreuses questions sont encore sujettes a débat. Ceci est due au fait qu'il n'existe pas encore de technique de transition d'échelle permettant la transition de l'échelle atomique (en temps et espace) a l'échelle macroscopique. La déformation viscoplastique des matériaux nanocristallins est typiquement gouvernée par des mécanismes de déformation inter granulaires (dans les joints de grains) tels que la diffusion de lacune, l'émission de dislocation par les joints de grain et le glissement des joints de grains. Malheureusement il n'existe pas encore de technique de transition d'échelle permettant de prédire de manière quantitative les contributions de ces mécanismes qui affectent directement le taux de déformation, la ductilité et la limite d'élasticité du matériau. Dans ce projet nous proposons de développer une technique de transition d'échelle dite hiérarchique qui se subdivise en deux étapes: (1) transition de l'échelle atomique a l'échelle mesoscopique et, (2) transition de l'échelle mesoscopique a l'échelle macroscopique. La première transition d'échelle est basée sur des simulations de statique et de dynamique moléculaire. Dans le cas de l'émission de dislocations par les joints de grains, les simulations consistent à construire a partir d'un ensemble NPT représentatif d'un bicrystal et à le soumettre a des contraintes parallèles au plan de l'interface. La transition d'échelle de l'atomique au mesoscopique sera basé sur e développement d'un modèle base sur la mécanique statistique dont les paramètres proviendront des simulations de dynamique moléculaires. Ces dernières permettent le calcul de l'enthalpie libre d'activation et de la contrainte critique d'émission. D'une manière semblable, le mécanisme de glissement des joints de grains sera investigue par des simulations de dynamique moléculaires soumises et des contraintes de cisaillement. La seconde transition d'échelles (du mesoscopique vers le macroscopique) peut être réalisée de manière simultanée par le développement d'approches micromécanique auto-cohérentes et d'une approche par éléments finis non conventionnels. Les schémas micromécaniques se sont déjà avérés être des approches efficaces. Notamment les approches biphasées et a trois phases. Dans ces dernières le matériau est représente de manière équivalente par un phase inclusion enrobées et plongées dans une phase matrice. Généralement la phase inclusion représente les cristaux, l'enrobage représente les joints de grain et les lignes triples et la phase matrice représente les matériau effectif. Cependant il n'existe pas encore de schéma micromécanique permettant de prendre en compte tous les phénomènes actifs cites au par avant. Ainsi, un nouveau schéma micromécanique valide dans le régime élasto-viscoplastique et tenant compte des concentrations de contraintes, des interfaces imparfaites et de la distribution de la taille des grains et de leur orientation relative sera développé. Aussi, nous développerons une approche complémentaire (purement numérique) basée sur les considérations suivantes : (1) la dislocation ne peuvent plus être traites de manière statistique et, (2) les joints de grain ne peuvent être considérés comme des interfaces mais doivent être traite en terme d'interphases. En effet ce derniers participent de manière active a la déformation viscoplastique et évoluent durant cette dernière. Ainsi la modélisation numérique nécessite le développement d'une théorie des gradients des déformations améliorée et tenant compte de la génération, du transport et de l'émission/pénétration de dislocations dans et par les joints de grains. Cette nouvelle théorie des gradients de déformation ne peut être directement appliquée à une méthode de calcul par élément finis. En effet, afin de prendre en compte l'émission de dislocations, un formalisme d'éléments finis non conventionnels doit être développé. Ce dernier sera base sur le principe de Galerkin et tiendra compte des dislocations/flux de dislocations en tant que degrés de libertés (et non comme des variables internes). L'approche basée sur les gradients de déformations sera utilisée afin de calibrer le modèle micromécanique. Enfin, l'approche multi échelle sera complétée par des mesures expérimentales qui auront pour objectifs de valides les techniques introduites.

Coordination du projet

Mohammed CHERKAOUI (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 340 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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