Simulation de la rupture fragile de couches d'oxydes h/f

Description de l'offre

Les alliages métalliques utilisés dans les applications industrielles peuvent former des couches d’oxydes en présence d’un environnement corrosif. Ces oxydes peuvent être répartis de manière uniforme en surface et / ou se localiser au niveau des joints de grains. Dans ce dernier cas, les joints de grains oxydés peuvent rompre de manière fragile sous chargement mécanique, et conduire à la rupture intergranulaire du matériau. Ce mécanisme est par exemple un scénario possible de rupture des aciers inoxydables austénitiques qui sont utilisés dans les Réacteurs nucléaires à Eau pressurisée (REP) [1]. Pour ces matériaux, le milieu REP (eau à 340°C) conduit à la formation d’une fine couche d’oxyde uniforme et également au niveau des joints de grains. La connaissance des propriétés de rupture – contrainte critique, énergie de fissuration – de ces oxydes est un prérequis indispensable à la modélisation de ce phénomène. Des essais de flexion de micro-poutres ont été réalisés dans une étude précédente qui ont permis d’obtenir de premières estimations de ces propriétés de rupture avec une analyse simplifiée [2]. Une analyse plus quantitative est cependant nécessaire afin d’une part d’exploiter au mieux les essais disponibles et d’obtenir des estimations fiables des propriétés de rupture, et d’autre part de proposer de nouvelles géométries d’essais micromécaniques plus adaptés à la détermination de ces propriétés. L’approche variationnelle de la rupture [3] semble être un bon candidat à la simulation de ces phénomènes de rupture élasto-fragile.

Les tâches suivantes sont prévues au cours du stage:

1. Étude bibliographique sur les essais micromécaniques et les analyses associées utilisés pour caractériser les propriétés de ruptures des couches d’oxydes ;
2. Prise en main des aspects numériques de l’approche variationnelle de la rupture (Python / FEniCS) ;
3. Modélisation et simulation des essais de flexion de micro-poutres réalisés dans [2] ;
4. Détermination des propriétés de rupture ;
5. Proposition de géométries d’essais alternatives à sensibilité accrue aux propriétés recherchées ;

[1] F. Cattant, Stainless steels IASCC, Materials Ageing in Light-Water Reactors, Springer, 2022


[2] R. Azihari, Approche micromécanique et modélisation de la rupture intergranulaire - Application à la corrosion sous contrainte assistée par l’irradiation, Thèse de l’Université de Toulouse, 2023


[3] C. Maurini, The variational approach to fracture and regularized fracture models MEALOR II, Damage mechanics and local approach to fracture, 2023

Moyens / Méthodes / Logiciels

Simulations éléments finis, Python, FEniCS

Profil du candidat

Master 2 / 5ème année école d’ingénieur Mécanique / Matériaux