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Modélisation microstructurale en fatigue/fluage à froid des alliages de titane quasi alpha par le modèle des automates cellulaires

Boutana, Mohammed Nabil (2009). Modélisation microstructurale en fatigue/fluage à froid des alliages de titane quasi alpha par le modèle des automates cellulaires. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les alliages de titane quasi alpha combinent de bonnes propriétés en fluage et en fatigue à des températures relativement hautes. Cela a ainsi permis l'augmentafion des températtires de service des compresseurs à haute pression à environ 600°C. Cependant, des difficultés sont appames, liées à l'utilisation de cet alliage et au contrôle difficile de l'évolution de sa micro structure pendant les étapes de mise en forme. Ces microstmctures sont caractérisées par des hétérogénéités locales d'orientation qui compromettent leur utilisation sécuritaire.

Afin de mieux comprendre leur comportement en service et apporter des réponses quant à leur utilisation sécuritaire, un modèle numérique original basé sur une nouvelle approche appelée automate cellulaire utilisant la mécanique d'inclusion d'Eshelby a été réalisé. Cette approche permettra de déterminer les propriétés mécaniques locales de ce type d'alliage lors de son utilisation en fatigue- fluage, à savoir les déformations, contraintes, vitesses de déformations, déformations et contraintes résiduelles. Dans cette optique, l'analyse microstructurale nous aide à mieux comprendre l'effet de l'orientation cristallographique et la distribution des grains sur le comportement mécanique global du matériau. A ce titre on a remarqué que les contraintes maximales sont localisées sur les grains avec module d'Young élevé et dont le module moyen du voisinage est élevé. Les déformations maximales ont été localisées sur des grains avec module d'Young faible et dont le module moyen du voisinage est élevé. D'autre part on a constaté que la contrainte locale de certains grains est fortement supérieure à la contrainte imposée à l'infini, d'où la possibilité que certains grains atteignent la contrainte de clivage, ce qui générerait tme fissure au niveau du grain. Au fin et à mesure que le nombre de cycles augmente, de nouveaux grains peuvent atteindre la contrainte de clivage, suggérant la possibilité d'activer plusieurs sites d'amorçage et ce à des moments différents des essais de fatigue-fluage. À l'échelle macroscopique on a démontré que des microstructures semblables du point de vue propriétés mécaniques moyenne mais différentes selon l'orientation et la distribution spafiale des grains peuvent avoir des comportements locaux et globaux très différents. La difficulté rencontrée à simuler les principales caractéristiques de la fatigue-fluage a permis de mettre en évidence le caractère complexe de ce mode d'endommagement.

Titre traduit

Microstructural modeling of creep/fatigue at ambiant temperature of titanium alloy using cellular automata model

Résumé traduit

The quasi alpha titanium alloys combine good properties under creep and fatigue at relatively high temperatures. He allowed an increase in operating temperatures of high pressure compressors at 600°C. However, difficulties arose, related to the use of this alloy and difficult to control the evolution of its microstructure during the forming process. These microstmctures are characterized by local orientation heterogeneity that compromises their safe use.

To better understand their behavior in service and provide answers for their safe use, an original model based on a new approach called cellular automata using mechanical inclusion of Eshelby was developed. This approach will help to calculate and analyze the local mechanical properties of this type of alloy during the fatigue-creep test, namely the strain, stress, strain rate and residual strain and stress. In this context microstructurale analysis helps us to better understand the effect of crystallographic orientation and distribution of grains on the overall mechanical behavior of material. In fact we bave observed that the maximum stresses are localized on the grains with high Young's modulus and high average Young's modulus value. The maximum strains are localized on the grains with low Young's modulus and high average Young's modulus value. On the other hand there bas been noticed that the local stresses of certain grains are greater than the imposed stress at infinite. It is possible to imagine that some can achieve the threshold for cleavage, generating a crack at the grain. As the number of cycle's increases, new grain can reach the threshold for cleavage, suggesfing the possibility of activating several initiation sites at different times from creep/fatigue test. At a macroscopic scale we bave been demonstrated that microstmctures similar in viewpoint of average mechanical properties but different regarding the crystallographic orientation and spatial distribution of grains may have a different local and global mechanical behavior. The difficulty meet to simulate the main features of creep/fatigue phenomena bas revealed the complex nature of this mode of damage.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr : f. [175]-180.
Mots-clés libres: Titane Alliages. Titane Fatigue. Automates cellulaires. Modèles mathématiques. alpha, eshelby, fatigue/fluage, fluage, froid, inclusion, microstructural, modele, modélisation, quasi
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bocher, Philippe
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Jahaz, Mohammad
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 12 août 2010 13:26
Dernière modification: 03 janv. 2017 19:57
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/29

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