Micromechanical experimental analysis and modelling of elastic and damageable behaviour of unidirectional SiC/SiC composites - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2011

Micromechanical experimental analysis and modelling of elastic and damageable behaviour of unidirectional SiC/SiC composites

Analyse expérimentale et modélisation micromécaniques du comportement élastique et de l'endommagement de composites SiC/SiC unidirectionnels

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Abstract

Because of their potential use as a cladding material in future nuclear reactors, the complex mechanical behavior of SiC/SiC composites, which combines damage and anisotropy, must be understood and predictable. As part of a multi-scale approach, this work focuses on the first scale change: from the elementary constituents to the tow. Micromechanical approaches are implemented to describe the macroscopic behavior of the tow taking into account its microstructure heterogeneity and damage mechanisms occurring at the local scale. A representative virtual microstructure is generated based on a detailed microstructural investigation of the tow and its elastic response is studied by numerical homogenization. In addition to addressing the mechanical RVE issue, this study highlights the significant effects of residual porosity on the transverse behavior of the tow, due to the matrix infiltration process. The longitudinal damage is being studied through minicomposites, for which the evolution of microscopic damage mechanisms (matrix cracks and fiber breaks) is experimentally analyzed (in-situ SEM and tomography tensile tests). The identification of interfacial parameters of a 1D statistical damage model is based on the experimental characterization. Conventional assumptions of such models can adequately describe matrix cracking at macro and micro scale. However it is necessary to change them to get a proper prediction of ultimate failure.
L'utilisation potentielle de composites SiC/SiC comme matériau de gainage dans des réacteurs nucléaires du futur nécessite de comprendre et prévoir leur comportement mécanique complexe, mêlant endommagement et forte anisotropie. Dans le cadre d'une approche multi-échelle, les travaux présentés concernent l'étude du premier changement d'échelle : de l'échelle des constituants élémentaires à celle du toron. Des approches micromécaniques sont mises en œuvre afin de décrire le comportement macroscopique du toron en tenant compte des hétérogénéités de microstructure ainsi que des mécanismes d'endommagement activés à l'échelle locale. Une caractérisation microstructurale fine du toron permet de générer une microstructure virtuelle et d'en étudier la réponse élastique par homogénéisation numérique. En plus d'aborder la notion de VER mécanique, cette étude met en évidence les effets importants de la porosité résiduelle, issue du procédé d'infiltration de la matrice, sur le comportement transverse du toron. L'endommagement longitudinal est étudié par l'intermédiaire de minicomposites, dont l'évolution microscopique des mécanismes d'endommagement (fissures matricielles et ruptures de fibre) est analysée expérimentalement (essais in-situ MEB et tomographie). Cette caractérisation permet notamment d'identifier les paramètres interfaciaux d'un modèle statistique d'endommagement 1D. Si les hypothèses classiques permettent de bien décrire la fissuration matricielle aux deux échelles d'observation, il est nécessaire de les modifier pour obtenir un comportement à rupture correct.
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Dates and versions

pastel-00656244 , version 1 (03-01-2012)

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  • HAL Id : pastel-00656244 , version 1

Cite

Camille Chateau. Analyse expérimentale et modélisation micromécaniques du comportement élastique et de l'endommagement de composites SiC/SiC unidirectionnels. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole Polytechnique X, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00656244⟩
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