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FP7

ToughBridge Résultat en bref

Project ID: 294025
Financé au titre de: FP7-PEOPLE
Pays: France

Comprendre le comportement de cassure des matériaux hétérogènes

La mise au point de nouveaux matériaux a ouvert la voie à des appareils capables d'effectuer des tâches de plus en plus complexes, mais il reste difficile de garantir leur durabilité. Un projet de recherche a proposé des concepts théoriques pour décrire la cassure de solides hétérogènes, promettant une conception plus rationnelle de matériaux dotés de meilleures propriétés mécaniques.
Comprendre le comportement de cassure des matériaux hétérogènes
La théorie actuelle de la cassure s'appuie sur les concepts de la mécanique des milieux continus, qui ne tiennent pas compte de l'importance majeure de l'hétérogénéité des matériaux. La défaillance d'un matériau résulte d'interactions complexes entre les charges appliquées à grande échelle, et les dommages progressifs subis par la microstructure du matériau, à petite échelle.

Les scientifiques du projet TOUGHBRIDGE (Bridging microstructural to macroscopic properties in failure of heterogeneous materials), financé par l'UE, ont complété la théorie classique de la mécanique des cassures par des concepts de physique statistique. Dans leur méthode, les défaillances macroscopiques découlent de la réaction collective d'un ensemble de dommages, qui s'étend dans le matériau à l'échelle de sa microstructure.

Les chercheurs ont montré que l'interaction entre le désordre du matériau et la redistribution des contraintes après un dommage est essentielle pour contrôler les propriétés de défaillance des solides. En partant de ce constat, ils ont conçu des modèles capables de reproduire la défaillance de matériaux à partir de la connaissance de leur microstructure hétérogène. Ils ont développé ces nouveaux concepts théoriques via l'étude numérique et expérimentale de la défaillance de solides hétérogènes, dotés de microstructures simples et contrôlées. Pour ces expériences, les scientifiques ont mis au point de nouvelles configurations et méthodes d'observation, afin de suivre la propagation des fissures dans les matériaux, à de petites échelles spatiales et temporelles. Ils ont traité statistiquement les données brutes collectées, afin de mieux comprendre la physique et la mécanique des cassures. Enfin, ils ont confronté aux observations expérimentales les nouvelles méthodes théoriques qu'ils ont conçues pour décrire la transition des matériaux vers la cassure.

Dans l'ensemble, ces nouvelles approches se sont avérées prévoir correctement le comportement de défaillance et la résistance d'une large gamme de matériaux. De fait, les scientifiques les ont déjà utilisées pour estimer les propriétés de défaillance de matériaux cassants hétérogènes (qui se brisent suite à la propagation d'une seule fissure), et de matériaux quasi-cassants (qui se brisent par la propagation d'un ensemble de microfissures).

Les travaux de TOUGHBRIDGE ont amélioré la compréhension du phénomène de cassure, et conduit à de nouvelles méthodes pour concevoir des matériaux dotés de meilleures propriétés mécaniques. Cette idée de «défaillance par conception» a été appliquée pour réaliser des couches minces hétérogènes dotées de nouvelles propriétés d'adhérence. La prochaine étape est de concevoir des solides hétérogènes plus résistants et plus légers, en s'appuyant sur des progrès récents en impression 3D qui apportent le contrôle total de l'architecture du matériau. Cette nouvelle approche de réalisation de matériaux plus résistants ouvre de nombreuses perspectives intéressantes pour des utilisations techniques.

Informations connexes

Mots-clés

Cassure, matériaux hétérogènes, microstructure, fissure, solides cassants, solides quasi-cassants, TOUGHBRIDGE
Numéro d'enregistrement: 181106 / Dernière mise à jour le: 2016-04-26
Domaine: Technologies industrielles