A unified thermomechanical model for shape memory materials. Application to cyclic loading and fatigue. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

A unified thermomechanical model for shape memory materials. Application to cyclic loading and fatigue.

Modélisation thermomécanique unifiée des comportements des matériaux à mémoire de forme. Application aux chargements cycliques et à la fatigue.

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Wael Zaki
  • Function : Author

Abstract

In this paper, we presented a unified and comprehensive model of behavior of shape memory materials and energy criterion for calculating the fatigue of structures operating in pseudo elastic. The model and the test is validated by comparing their predictions with experimental results. Our model has the following advantages: - It is complete, that is to say, it can simulate all the main phenomena behavior characteristics MMF. The simulation uses the same law of behavior and the same set of complementary legislation, which gives it a unified character; - Parameters are easy to identify; - The agreement of predictions with available experimental results is satisfactory; - Given the inclusion of non-proportional loadings, it is possible to perform calculations of structures subjected to loads MMF complex; - The cyclic loading are taken into account. It is therefore possible to determine the steady state of a structure subjected to cyclic phase change in repeated pseudoelastic. In particular, the model calculates the energy dissipated per cycle stabilized at any point of the structure and the energy criterion can then be used to estimate its lifetime. Our work paves the way for a more detailed modeling of the behavior of MMF, which can take into account some often neglected effects, such as formation of R phase, the occurrence of internal loops related expenses partial discharges in pseudoelastic and the asymmetry of behavior in tension and compression. We believe, moreover, it is possible to describe the dynamics MMF through an extension of this model. Experimentally, it would be interesting to apply new technologies to the study of shape memory materials. In this context, infrared thermography seems appropriate to characterize the location of the phase change at certain structures other techniques such as laser material interaction, promise a better description of the kinetics of martensitic transformation. In addition, the problem of fatigue MMF should be further researched. In the short term it is necessary to test the validity of our criterion of life for different types of loading, including torsion, to verify its intrinsic character.
Au cours de ce mémoire, nous avons présenté un modèle complet et unifié de comportement des matériaux à mémoire de forme et un critère énergétique applicable au calcul à la fatigue de structures fonctionnant dans le domaine pseudo élastique. Le modèle et le critère sont validés en comparant leurs prédictions à des résultats expérimentaux. Notre modélisation présente les avantages suivants : – elle est complète, c'est-à-dire qu'elle permet de simuler tous les principaux phénomènes caractéristiques du comportement des MMF. La simulation s'appuie sur une même loi de comportement et sur un même ensemble de lois complémentaires, ce qui lui confère un caractère unifié ; – les paramètres sont simples à identifier ; – l'accord des prédictions avec les résultats expérimentaux disponibles est satisfaisant ; – étant donné la prise en compte des chargements non proportionnels, il est possible d'effectuer des calculs de structures en MMF soumises à des chargements complexes ; – les chargements cycliques sont pris en compte. Il est donc possible de déterminer l'état stabilisé d'une structure soumise à des cycles de changement de phase répétés dans le domaine pseudoélastique. En particulier, le modèle permet de calculer l'énergie dissipée par cycle stabilisé en tout point de la structure ; le critère énergétique peut ensuite être utilisé pour estimer sa durée de vie. Notre travail ouvre la voie vers une modélisation plus détaillée du comportement des MMF, permettant la prise en compte de certains effets souvent négligés, comme la formation de la phase R, l'apparition de boucles internes liées à des charges décharges partielles dans le domaine pseudoélastique et la dissymétrie du comportement en traction et en compression. Nous pensons, par ailleurs, qu'il est possible de décrire la dynamique des MMF moyennant une extension du présent modèle. Sur le plan expérimental, il serait intéressant d'appliquer des technologies nouvelles à l'étude des matériaux à mémoire de forme. Dans ce cadre, la thermographie infrarouge nous semble utile pour caractériser la localisation du changement de phase au niveau de certaines structures ; d'autres techniques, comme l'interaction laser matière, promettent une meilleure description de la cinétique de la transformation martensitique. En outre, le problème de la fatigue des MMF devra faire l'objet de recherches plus poussées. Dans l'immédiat, il est nécessaire de tester la validité de notre critère de durée de vie pour différents types de chargement, notamment pour la torsion, afin de vérifier son caractère intrinsèque.
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Dates and versions

pastel-00002587 , version 1 (28-07-2010)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00002587 , version 1

Cite

Wael Zaki. Modélisation thermomécanique unifiée des comportements des matériaux à mémoire de forme. Application aux chargements cycliques et à la fatigue.. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole Polytechnique X, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00002587⟩
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