Fissuration des matériaux à gradient de propriétés. Application au zircaloy hydruré
Frédéric PERALES, thèse de doctorat de l'université Montpellier II, discipline " Mécanique, génie mécanique et génie civil ", formation doctorale " Mécanique des matériaux et des milieux complexes, des structures et systèmes ", école doctorale " informations, structures, systèmes ", 268p, soutenue le 15 Décembre 2005
Cette thèse concerne la fissuration dynamique des matériaux à gradient de propriétés. Plus particulièrement, elle traite de la tenue des gaines de combustibles, tubes minces et élancés, à fort taux de combustion lors des 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'approch 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 fissure 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 prépondérent de ces deux paramètres dans la tenue de la gaine sous chargement dynamique rapide.