L’endommagement ductile sous conditions extrêmes est un phénomène de fracture multi-échelle particulièrement complexe. Dans notre laboratoire, nous développons un modèle d’endommagement dynamique pour les matériau soumis à un impact (très haute pression ~10 GPa et temps de sollicitation court ~100ns). L’endommagement dynamique est ici dû à l’interaction de deux ondes de détente. La tension locale générée induit la nucléation, croissance et coalescence de nombreux pores qui peuvent en retour briser l’échantillon.

Expérimentalement, des impacts canons sur plaque, ainsi que des chocs lasers sont réalisés. Les mesures sur ces échelles de temps de l’ordre de la dizaine de nanoseconde constituent un défi en soi. Seul des quantités macroscopiques globales telle que la vitesse de surface libre des fragments ejectés sont accessible à l’experimentateur. L’analyse post mortem sous rayonnement synchrotron , au Microscope Electronique à Balayage ou au profilomètre fournissent des données précieuses pour compléter les données in-vivo.

Un code de dynamique moléculaire hautement optimisé, ainsi que la puissance de calcul exceptionnelle disponible au CEA, permet d’effectuer des simulations à l’échelle atomique d’échantillons jusqu’au micromètre (1 milliard d’atomes). Il permet d’aborder l’initiation de la porosité, l’interaction entre les pores et les défauts cristallins ainsi que le comportement de l’endommagement à petite échelle. Pour des échelles plus grandes, plusieurs codes simulent des modèles macroscopiques homogénéisés déduits de la structure poreuse sous-jacente.

Publications

1. Soulard, L., Bontaz-Carion, J., and Cuq-Lelandais, J.-P. Experimental and numerical study of the tantalum single crystal spallation. The European Physical Journal B 85 (2012) DOI
2. Trumel, H., Hild, F., Roy, G., Pelligrini, Y.-P., and Denoual, C. On probabilistic aspects in the dynamic degradation of ductile materials. Journal of Mechanics and Physics of Solids , 57 (2009) DOI
3. C.Denoual, and Diani, J. Cavitation in compressible visco-plastic materials. AIP Conf Proc Vol 620 (2002) DOI
4. Bontaz-Carion, J., Soulard, L., Lescoute, E., Sollier, A., and berthe, L. The x-ray micro-tomography backed by molecular dynamics simulations in the analysis of shock-induced damage in ductile materials. Material Science Forum 905 (2006) DOI

Chercheurs impliqués

J. Bontaz P. Bouteiller C. Denoual J.-L. Dequiedt A. Dubois Y.-P. Pellegrini L. Soulard