ANR JCJC IChar (Image-based Characterisation of extreme dynamic solid-state flows)
Ce projet de recherche financé par l’Agence Nationale de la Recherche Française (ANR), s’inscrit dans le cadre d’un Projet jeune chercheur (JCJC) porté par Rian Seghir, Chargé de Recherche CNRS, en collaboration avec les Professeurs Thomas Heuzé de l’ENIB de Brest, Guillaume Racineux et l’ingénieur de recherche Xiadong Liu au GeM à Centrale Nantes.
Le projet s’intéresse à la caractérisation des écoulements plastiques extrêmes au sein des polycristaux métalliques lorsqu’ils sont soumis à des chargements d’impacts à très haute vitesse (cf. Figure 1).
Figure 1: Concept de design expérimental original pour l’étude par mesure de champs ultra-rapides de la réponse mécanique et des interactions ondes / structures / micro-structure lors d’impacts obliques à très haute vitesse générés par hautes puissances pulsées. Les encarts a-b-d et e sont extrait des travaux suivant [1,2] pour illustrer le propos.
La super-plasticité se manifeste, dans des métaux à micro-structure fine, par une remarquable élongation à rupture (>400%). Ce type d’écoulement plastique extrême peut être à la fois hautement bénéfique pour des applications de mise en forme, mais aussi dramatique si la présence de défauts couplée aux mécanismes de super-plasticité stimulent l’émergence d’instabilités plastiques. Lorsque les métaux sont déformés à très haute vitesse, e.g. lors de chocs ou de procédés dynamiques tels que le magnéto soudage ou formage, les couplages thermo-mécaniques forts induisent des reconfigurations dynamiques de la micro-structure (raffinement / croissance) stimulant ainsi, de manière non-monotone, l’émergence ou non de ce type d’écoulement. Il n’existe aujourd’hui, pas de consensus scientifique concernant les mécanismes véritablement à l’œuvre à l’échelle des grains, leur chronologie ou le rôle exact de la température.
Le projet vise donc à développer une technique de caractérisation innovante par mesure de champs capable de sonder uniquement par l’image l’ensemble des champs thermo-mécaniques et l’évolution de la microstructure lors de chargements dynamiques sévères. Nous allons pour cela développer 2 outils uniques : 1) la corrélation d’images numériques en microscopie à haute résolution et très haute cadence d’acquisition, pour capturer la déformation du matériau avec des résolutions spatio-temporelles de l’ordre de 10µm et 250ns. Ceci est rendu possible grâce à nos développements récent en terme d’imagerie quantitative ultra-rapide à haute résolution [3,4]. 2) Dans un second temps, nous développerons une méthode inverse dite Data-Driven [5] dans une variante dynamique, pour identifier les champs de tenseur des contraintes locaux à partir de mesures d’accélération et de lois de conservation. Les résultats attendus nous aideront à développer des modèles physiques plus robustes pour, e.g. mieux simuler et développer des procédés de mise en forme et d’assemblage innovants, alliant grande vitesse et faible consommation d’énergie, et mieux prédire l’émergence d’instabilités plastiques dynamiques, donc la ruine des structures.
Membres du projet :
- GeM – Centrale Nantes :
- Rian SEGHIR
- Guillaume Racineux
- Xiadong Liu
- ENIB
- Thomas Heuzé
Dates :
du 1er janvier 2024 au 31 décembre 2027
[1] Paul, H., Chulist, R., Miszczyk, M. M., & Prażmowski, M. (2020). Gradient microstructure in the bonding zone of explosively welded sheets. Procedia Manufacturing, 50, 689-695. [2] Bataev, I. A., Tanaka, S., Zhou, Q., Lazurenko, D. V., Junior, A. J., Bataev, A. A., … & Chen, P. W. (2019). Towards better understanding of explosive welding by combination of numerical simulation and experimental study. Materials & Design, 169, 107649. [3] Vinel, A., Seghir, R., Berthe, J., Portemont, G., & Réthoré, J. (2021). Metrological assessment of multi‐sensor camera technology for spatially‐resolved ultra‐high‐speed imaging of transient high strain‐rate deformation processes. Strain, 57(4), e12381. [4] Eid, E., Seghir, R., & Réthoré, J. (2023). Crack branching at low tip speeds: spilling the T. Journal of Theoretical, Computational and Applied Mechanics. [5] Vinel, A., Seghir, R., Berthe, J., Portemont, G., & Réthoré, J. (2024). Experimental characterization of material strain-rate dependence based on full-field Data-Driven Identification. International Journal of Impact Engineering, 194, 105083.
