Microstructural morphology and mechanical behaviour; experimental characterizations, bounds and generalized self-consistent estimates.
Morphologie microstructurale et comportement mécanique ; caractérisations expérimentales, approches par bornes et estimations autocohérentes généralisées.
Résumé
The prediction of the effective behaviour of heterogeneous random materials as a function of the spatial distribution of the constitutive phases is still an open question. The associated formalism and several micromechanical approaches are presented. An experimental study on two-phase iron/silver and iron/copper blends with a "matrix/inclusions" morphology or with bi-continuous phases shows that the morphological parameters act mainly at the local scale and especially on the local strain heterogeneities, caracterized in terms of phase averages and distribution functions, measured by means of a new microextensometric technique. Since classical models are not able to describe the observed phenomena, a new approach based on the concept of "morphologically representative pattern" is proposed. A first semi-analytical model with multilayered patterns is still insufficient. A more general morphological description can be achieved with ellipsoidally distributed patterns with arbitrary internal structure. It generates rigorous bounds and self-consistent estimates for the effective linear behaviour. The underlying theory is thoroughly described and the actual physical meaning of these models is commented. The effective computation is possible with numerical methods and leads for instance to new results for anisotropic particulate composites, whose local interactions are correctly described. But the description of some long-range interactions which have been observed experimentally in the nonlinear domain remains a open question.
Prévoir le comportement de matéiaux hétérogènes aléatoires en fonction de la répartition spatiale des constituants reste un problème largement ouvert, dont on expose les enjeux, le formalisme et les diverses approches micromécaniques associées. Une étude expérimentale sur des matériaux biphasés fer/argent et fer/cuivre de morphologie "matrice/inclusions" ou à phases co-continues montre que l'influence des paramètres morphologiques est surtout sensible à l'échelle locale et concerne notamment les hétérogénéités de déformation, caractérisées en termes de moyennes par phase et de fonctions de distribution, mesurées grâce à une technique originale de microextensométrie. Les modèles classiques ne rendant pas compte des phénomènes observés, une nouvelle approche fondée sur la notion de "motif morphologique représentatif" est proposée. Un premier modèle à motifs multicouches admet une expression semi-analytique mais s'avère toujours insuffisant. Une description morphologique plus riche obtenue avec des motifs de structure interne quelconque en distribution ellipsoïdale conduit à des encadrements rigoureux et des estimations autocohérentes du comportement linéaire effectif. La théorie sous-jacente est exposée en détail, la signification physique véritable de ces modèles étant précisée. La mise en œuvre effective par des outils numériques conduit par exemple à de nouveaux résultats pour des composites anisotropes à renforts particulaires, dont on décrit ainsi correctement les interactions locales. La prise en compte de certains phénomènes de corrélation à grande distance observés expérimentalement dans le domaine non linéaire reste en revanche une question ouverte.