Etude de matériaux réfractaires à comportement mécanique non linéaire par mesure de champs de déformations

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Titanate d’aluminium, Phénomène de « Crack Branching », Méthode de recalage par éléments finis

Mots-clés

Matériaux réfractaires,

Magnésie,

Contraintes thermiques,

Traitement d'images -- Techniques numériques

Cette thèse avait pour objectif de mettre en place et d’appliquer les techniques de mesure de champs de déplacements et de déformations (corrélation d’images numériques CIN) pour caractériser le comportement mécanique non linéaire de matériaux réfractaires. L’étude a été réalisée sur différents types de matériaux présentant des degrés variables de flexibilité : un matériau modèle monophasé à base de titanate d’aluminium (TA VF) et des matériaux industriels multi-phasés à base de magnésie. La flexibilité dans le cas du TA VF est obtenue grâce à l’anisotropie de la dilatation thermique entre les trois axes cristallographiques, et dans le cas des matériaux industriels grâce à la différence de coefficients de dilatation entre les agrégats de spinelle et la matrice magnésienne. Ces matériaux industriels ayant une déformation à rupture plus faible, la technique de corrélation d’images a dû être optimisée en ajustant au mieux les conditions expérimentales.La CIN et la méthode de suivi de marqueurs ont permis de mettre en évidence le caractère dissymétrique du comportement mécanique en flexion du TA VF entre la zone de l’éprouvette sollicitée en traction et celle en compression et d’investiguer le déplacement relatif des rouleaux du dispositif de flexion. Cette dissymétrie de comportement engendre un déplacement progressif de la fibre neutre au fur et à mesure que la charge appliquée augmente. Cette technique a ensuite été étendue à d’autres essais tels que l’essai brésilien et le Wedge Splitting appliqués aux matériaux industriels magnésiens. La CIN a ainsi permis d’illustrer les mécanismes de rupture (initiation et propagation de fissures) et de mettre en évidence la présence de phénomènes de « crack branching » obtenus grâce au réseau initial de microfissures volontairement généré au sein du matériau par différentiel de dilatation entre phases dans le but d’améliorer sa résistance aux chocs thermiques. Enfin, à partir des champs de déplacements obtenus par corrélation d’images, la méthode de recalage par éléments finis a été développée et utilisée pour déterminer l’évolution des propriétés élastiques du matériau pendant l’essai.