Fissuration des matériaux à gradient de propriétés. Application au Zircaloy hydruré. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Fracture of functionally graded materials. Application to hydrided Zircaloy.

Fissuration des matériaux à gradient de propriétés. Application au Zircaloy hydruré.

Résumé

This thesis is devoted to the dynamic fracture of functionally graded materials. More particularly, it deals with the toughness of nuclear cladding at high burnup submitted to transient loading. The fracture is studied at local scale using cohesive zone model in a multibody approach. Cohesive zone models include frictional contact to take into account mixed mode fracture. Non smooth dynamics problems are treated within the Non-Smooth Contact Dynamics framework. A multiscale study is necessary because of the dimension of the clad. At microscopic scale, the effective properties of surfacic law, between each body, are obtained by periodic numerical homogenization. A two fields Finite Element formulation is so written. An extented formulation of the NSCD framework is obtained. The associated software allows to simulate, in finite deformation, from the crack initiation to post-fracture behavior in heterogeneous materials. At microscopic scale, random RVE calculations are made to determine effective properties. At macroscopic scale, calculations of part of clad are made to determine the role of the mean hydrogen concentration and gradient of hydrogen parameters in the toughness of the clad under dynamic loading.
Cette thèse concerne la fissuration dynamique des matériaux à gradient de propriétés. Plus particulièrement, elle traite de la tenue des gaines de combustible, tubes minces et élancées, à fort taux de combustion lors de transitoires accidentels. La fissuration est étudiée à l'échelle locale et basée sur la notion de zone cohésive, laquelle est mise en oeuvre à l'aide d'une approche multicorps. Afin de prendre en compte une fissuration en mode mixte, les modèles de zone cohésive considérés sont couplés à du contact frottant. L'approche Non-Smooth Contact Dynamics est mise en oeuvre pour le traitement dynamique des problèmes de contact frottant non réguliers. Compte tenu des dimensions mises en jeu, une démarche multiéchelle permet de prendre en compte la microstructure dans un calcul de structure. A l'échelle microscopique, les propriétés effectives surfaciques, entre les corps, sont obtenues par homogénéisation numérique périodique. Une formulation à deux champs du problème Eléments Finis multicorps est ainsi obtenu. La méthode NSCD est alors étendue à cette formulation. L'outil de simulation numérique développé permet des simulations dynamiques en grandes transformations depuis l'amorçage de fissures jusqu'à la ruine du matériau. La mise en oeuvre à l'échelle microscopique est effectuée par calcul sur des cellules de bases pour plusieurs tirages de microstructures aléatoires. A l'échelle macroscopique, des calculs dynamiques de structures sur des portions de gaine en fonction du taux moyen et du gradient d'hydrogène mettent en évidence le rôle prépondérant de ces deux paramètres dans la tenue de la gaine sous chargement dynamique rapide.
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Dates et versions

tel-00079015 , version 1 (08-06-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00079015 , version 1

Citer

Frédéric Perales. Fissuration des matériaux à gradient de propriétés. Application au Zircaloy hydruré.. Mécanique [physics.med-ph]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2005. Français. ⟨NNT : 2005MON20202⟩. ⟨tel-00079015⟩

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