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Theses Year : 2011

A strain gradient approach to the mechanics of micro and nanocrystals

Gradients de déformation en mécanique des micro et nanocristaux

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Abstract

The influence of grain size on the strength of ultra-fine grained and nanocrystalline materials is the subject of an increasing number of scientific studies. However, despite the progress made in this field, it is not yet possible to predict accurately and model the deformation behaviour of this type of materials. Few reliable data are available in the literature due to the complexity of the required experiments and to the high defect densities that some of these materials are known to contain. Moreover, the use of discrete modeling techniques such as atomistic approaches has a limited utility as the temporal and spatial scales are often unsuitable to address the real physical phenomena of interest in this work. In this doctoral thesis, a theoretical framework is proposed to study the deformation behaviour of polycrystalline materials with ultra-fine or nano-sized microstructures. To that purpose, continuum models able to predict size effects arising from mechanisms that are predominant at interfaces (i.e., grain boundaries) or surfaces are proposed. These models, which enable the study of large representative volume elements, have been formulated so as to be calibrated using results from atomistic and discrete dislocation dynamics simulations and experimental work.
L'influence de la taille de grain sur le comportement des matériaux à grains ultrafins et nanocristallins est l'objet de nombreuses études scientifiques. Cependant, malgré les progrès réalisés dans ce domaine, il n'est pas encore possible de prédire et de modéliser avec précision leur comportement en déformation. Peu de données fiables sont disponibles dans la littérature en raison de la complexité des expériences requises et de la forte densité de défauts que peuvent présenter ces matériaux. Par ailleurs, les techniques de modélisation discrètes telles que les approches atomistiques sont d'une utilité limitée. En effet, leurs échelles temporelle et spatiale sont souvent inadaptées pour simuler les phénomènes physiques réels intervenant dans ce travail. Dans cette thèse, un cadre théorique est proposé pour étudier le comportement en déformation de matériaux polycristallins ayant des microstructures ultrafines ou nanométriques. Pour ce faire, des modèles continus capables de reproduire les effets de taille provenant de mécanismes apparaissant aux interfaces (joints de grains) ou près des surfaces sont proposés. Ces modèles permettent d'étudier des éléments de volume représentatifs. Ils sont formulés de manière à être calibrés en utilisant des résultats obtenus par des simulations atomistiques et de dynamique des dislocations discrètes ou par des travaux expérimentaux.
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Dates and versions

pastel-00677109 , version 1 (07-03-2012)

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  • HAL Id : pastel-00677109 , version 1

Cite

Nicolas Cordero. A strain gradient approach to the mechanics of micro and nanocrystals. Materials. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. English. ⟨NNT : 2011ENMP0065⟩. ⟨pastel-00677109⟩
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