Publications

2009

• Microstrain analysis of titanium aluminides
  
  • Héripré Eva
  • Caldemaison Daniel
  • Roos A.
  • Crépin Jérôme
  Materials Science Forum, Trans Tech Publications Inc., 2010, 638-642, pp.1330-1335. The aeronautic and automotive industries have shown a renewed interest in TiAl based alloys. The main reasons for such an interest are their low density (~3,8g/cm3), a good stiffness and a high strength for temperatures up to 750°C. However, these alloys exhibit, in their polycrystalline form, a poor ductility at room temperature with widely scattered values. The aim of this study is therefore to characterise their mechanical behaviour with a multiscale methodology, coupling microstructure analysis and strain field measurements. This methodology employs orientation imaging microscopy as well as digital imaging correlation techniques with an intragranular step size of a few micrometers. Two chemical compositions (47 at. % Al and 48 at. % Al) and two processing routes (casting and powder metallurgy) are studied. Thus, four different types of final microstructures are considered, from fully lamellar Ti3Al (a2) + TiAl (g) microstructure to bimodal ones composed of two-phase (a2+g) lamellar grains and monolithic g grains. Firstly, the microstructure is characterised crystallographically and morphologically. This allows the identification of a representative volume element (RVE) inside the analysed volume. Then, uniaxial mechanical tests are performed for each microstructure, and the strain fields are analysed with a multiscale approach, which determines the spatial distribution of the strain field heterogeneity with respect to the different microstructures. (10.4028/www.scientific.net/MSF.638-642.1330)
  DOI : 10.4028/www.scientific.net/MSF.638-642.1330
• Représentation graphique des coefficients d'anisotropie des milieux élastiques généralisés
  
  • Auffray Nicolas
  • Bouchet R.
  • Brechet Y.
  , 2009, pp.1-2. On s'intéressera à des modèles d'élasticité généralisée : modèles se caractérisant par la prise en compte de longueurs internes. Nous introduirons une méthode graphique permettant de savoir, a priori, pour un modèle généralisé quelconque et pour un groupe de symétrie plan, le nombre de coefficients définissant l'opérateur de comportement associé. Cette approche permet d'obtenir les informations nécessaires pour dériver l'expression analytique de l'opérateur concerné.
• Enjeux énergétiques et défis mécaniques
  
  • Salençon Jean
  , 2009. L’approvisionnement énergétique de la population mondiale dans le respect des contraintes environnementales est, à l’évidence, un enjeu primordial des décennies à venir. Même si d’indispensables mesures d’économie d’énergie sont mises en œuvre, la simple augmentation de la population et les besoins de développement sont des facteurs incontournables de cette nécessité. Par ailleurs l’accroissement observé des émissions de gaz à effet de serre (GHG) est une conséquence directe de l’utilisation des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz). La majorité des spécialistes s’accordent à penser que l’augmentation de l’effet de serre dont ces gaz sont responsables doit être maitrisé pour satisfaire aux exigences du développement durable. Les réflexions actuelles conduisent à retenir le concept de Mix énergétique pour signifier que, tant en fonction des pays concernés que de l’évolution des technologies, la réponse (on n’ose dire : la solution) à ce problème procédera de ressources et de technologies variées et qu’il est essentiel d’éviter tout a priori d’exclusion ou de confiance absolue. L’objet de l’exposé est, en s’appuyant sur diverses études récentes, de recenser les engagements réalistes dans le domaine énergétique pour les décennies prochaines. En mettant en évidence les besoins en recherche scientifique et technologique correspondants, on s’attachera à identifier les domaines plus spécifiques qui posent des défis à la communauté mécanicienne.
• Analyse mécanique du comportement viscoélastique de polymères très chargés
  
  • Azoug Aurélie
  • Pradeilles-Duval Rachel-Marie
  • Constantinescu Andrei
  • Nevière Robert
  , 2009. Le travail expérimental montre l’intérêt des essais de DMA avec précharge statique pour évaluer les liens entre mécanismes physiques et comportement mécanique d’un propergol inclus dans la classe des élastomères chargés. La comparaison de la réponse du propergol avec celle d’autres matériaux de la même classe démontre la sensibilité de la mesure aux paramètres de la microstructure. Elle permet de juger l’impact de l’anisotropie induite par la déformation statique sur la réponse obtenue en DMA.
• Apport des mesures de champs par corrélation d’images pour l’étude de la déformation de géomatériaux
  
  • Dautriat Jérémie
  • Bornert Michel
  • Dimanov Alexandre
  • Gland Nicolas
  • Raphanel Jean
  , 2009. La méthode de détermination des champs de déformation à partir de corrélation d’images a été appliquée à toutes les échelles pour des échantillons centimétriques de grès et de carbonates observés sous chargement en microscopie optique et électronique à balayage. On peut ainsi observer les diverses étapes du développement de localisations et des mécanismes parfois antagonistes affectant la perméabilité de l’échantillon, comme la diminution de porosité et l’ouverture de microsfissures.
• Détection de l’endommagement mécanique par ultrasons
  
  • Emami Tabrizi Mehrdad
  • Halphen Bernard
  • Luong Minh-Phong
  • Eytard Jean-Christophe
  , 2009. Cette communication présente une technique non destructive basée sur des caractéristiques de propagation d'ondes ultrasonores pour détecter l’endommagement dans les géomatériaux fragiles. Cette dernière utilise une technique de mise en œuvre spéciale de détection et une procédure de réduction de données spécifique pour analyser l'évolution des signaux d'impulsions d'ondes ultrasonores se propageant dans l’échantillon soumis à des chargements croissants en compression et traction uniaxiales.
• Conditions aux limites mixtes normales
  
  • Gélébart Lionel
  • Chateau Camille
  • Bornert Michel
  , 2009. L'étape de détermination du comportement "apparent" d'un milieu hétérogène à partir d'un volume élémentaire de taille inférieure à la taille d'un Volume Elémentaire Représentatif (VER) est sensible aux choix des conditions aux limites (CL). Les CL utilisées usuellement sont les CL en contrainte ou en déformation homogène au contour ainsi que les CL périodiques. Nous proposons ici d'autres CL (dites "mixtes normales") permettant de fournir de nouvelles estimations alternatives à celle obtenue avec des CL périodiques. On notera que ces nouvelles CL sont moins restrictives que les CL mixtes existantes ou même que les CL périodiques qui sont limitées à des volumes de géométrie parallélépipédique et qui nécessitent bien souvent une étape de "périodisation" de la microstructure (la microstructure est modifiée de manière arbitraire afin de la rendre périodique).
• Dual approach in fracture mechanics
  
  • Stolz Claude
  , 2009.
• Crack initiation under thermal fatigue: An overview of CEA experience: Part II (of II): Application of various criteria to biaxial thermal fatigue tests and a first proposal to improve the estimation of the thermal fatigue damage
  
  • Fissolo A.
  • Gourdin C.
  • Ancelet O.
  • Amiable S.
  • Demassieux A.
  • Chapuliot S.
  • Haddar Nader
  • Mermaz F.
  • Stelmaszyk J.M.
  • Constantinescu Andrei
  • Maillot V.
  • Vincent L.
  International Journal of Fatigue, Elsevier, 2009, 31 (7), pp.1196-1210. A Part I accompanying paper clearly showed that for a given level of strain range (Δvar epsilon), the number of cycles required to achieve crack initiation is significantly lower in biaxial thermal fatigue than in uniaxial isothermal fatigue. Such discrepancy does not come from a thermal effect, as it is emphasized by a comparison between the uniaxial data, coming either from thermomechanical fatigue tests, or from isothermal low cycle fatigue tests. A detrimental effect of multiaxial loading on fatigue life is noticed in many cases as reported in the literature. In this frame, the goal of this paper is to propose criteria in order to take into account the reduction of fatigue life resulting from the multiaxiality. Among all the examined multiaxial criteria, a criterion based on strain proposed by Zamrik, and a new criterion based on energy proposed by “Ecole Polytechnique” give the best estimations. Furthermore, application of the Zamrik's criterion using the RCC–MR method is very promising for the design engineer. Indeed, these two criteria exhibit a notable potential, since they are well adapted to all the available thermal fatigue experimental data, despite significant differences between approaches and processes developed by both accessible facilities. However, such investigation must be continued with achievement of additional thermal fatigue tests (for higher number of cycles...), and isothermal biaxial fatigue tests. (10.1016/j.ijfatigue.2008.11.018)
  DOI : 10.1016/j.ijfatigue.2008.11.018
• A new fast BEM for 3-D multi-domain elastic wave propagation problems
  
  • Chaillat Stéphanie
  • Semblat Jean-François
  • Bonnet Marc
  , 2009.
• Introduction to Inverse Scattering in Acoustics and Elasticity
  
  • Lambert Marc
  • Bonnet Marc
  • Lesselier Dominique
  , 2009, pp.413--430. This introduction to inverse problems for acoustic or elastic waves does not aim to be an exhaustive presentation of their theoretical and numerical difficulties, nor of their applications in fields of interest—including those of evaluation and non-destructive testing (NDT) of artificial structures, or the characterization of the human body, two topics among those discussed in detail in other chapters of this book. We only wish to highlight general elements that can be found in a relevant way in many of the inverse problems we can meet in practice. Perhaps more importantly, we also wish to give to the interested reader some guidelines for further research, based on a list of publications from the recent international literature, in addition to some examples from different works to which the authors have been contributing in acoustic and elastic topological identification, an investigation which we believe to be useful for our purpose here. (10.1002/9780470611609.ch16)
  DOI : 10.1002/9780470611609.ch16
• Effect of test frequency on fatigue strength of low carbon steel
  
  • Tsutsumi Noriko
  • Murakami Yukitaka
  • Doquet Véronique
  Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, Wiley-Blackwell, 2009, 32 (6), pp.473-483. Ultrasonic fatigue tests (test frequency : 20kHz) and conventional tension-compression fatigue tests (10Hz) have been conducted on annealed and 10% pre-strained specimens of 0.13% carbon steel. Small holes were introduced on the specimen surface to investigate the effect of test frequency on small crack growth. The dynamic stress concentration factor and the stress intensity factor under ultrasonic fatigue tests were checked to be almost the same as those of conventional tension-compression fatigue tests. However, the fatigue properties were dependent on the test frequency. Ultrasonic fatigue tests showed longer fatigue life and lower fatigue crack growth rate for the annealed and 10% pre-strained specimens. Slip bands were scarce in the neighborhood of cracks under ultrasonic fatigue tests, while many slip bands were observed in a wide area around the crack under conventional fatigue tests. In order to explain the effect of test frequency on fatigue strength, dynamic compression tests with Split Hopkinson Bars were carried out. The stress level increases substantially with the strain rate. Thus, the increase in fatigue strength might be, to a large extent, due to a reduction in crack tip cyclic plasticity during ultrasonic fatigue tests. (10.1111/j.1460-2695.2009.01350.x)
  DOI : 10.1111/j.1460-2695.2009.01350.x
• Non-iterative defect identification by topological sensitivity method
  
  • Bellis Cédric
  • Bonnet Marc
  , 2009.
• Axial and Radial Permeability Evolutions of Compressed Sandstones: End Effects and Shear-band Induced Permeability Anisotropy
  
  • Dautriat Jérémie
  • Gland Nicolas
  • Guelard Jean
  • Dimanov Alexandre
  • Raphanel Jean
  Pure and Applied Geophysics, Springer Verlag, 2009, 166, pp.1037-1061. The influence of hydrostatic and uniaxial stress states on the porosity and permeability of sandstones has been investigated. The experimental procedure uses a special triaxial cell which allows permeability measurements in the axial and radial directions. The core sleeve is equipped with two pressure samplers placed distant from the ends. They provide mid-length axial permeability measure as opposed to the overall permeability measure, which is based on the flow imposed through the pistons of the triaxial cell. The core sleeve is also equipped to perform flows in two directions transverse to the axis of the sample. Two independent measures of axial and complementary radial permeability are thus obtained. Both Fontainebleau sandstone specimens with a porosity of about 5.8% to 8% and low permeability ranging from 2.5 mD to 30 mD and Bentheimer sandstone with a porosity of 24% and a high permeability of 3D have been tested. The initial axial permeability values obtained by each method are in good agreement for the Fontainebleau sandstone. The Bentheimer sandstone samples present an axial mid-length permeability 1.6 times higher than the overall permeability. A similar discrepancy is also observed in the radial direction, also it relates essentially to the shape of flow lines induced by the radial flow. All the tested samples have shown a higher stress dependency of overall and radial permeability than mid-length permeability. The effect of compaction damage at the pistons/sample and radial ports/sample interfaces is discussed. The relevance of directional permeability measurements during continuous uniaxial compression loadings has been shown on the Bentheimer sandstone until the failure of the sample. We can efficiently measure the influence of brittle failure associated to dilatant regime on the permeability: It tends to increase in the failure propagation direction and to decrease strongly in the transverse direction. (10.1007/s00024-009-0495-0)
  DOI : 10.1007/s00024-009-0495-0
• Identification non itérative de défauts par la méthode de sensibilité topologique en élastodynamique temporelle
  
  • Bellis Cédric
  • Bonnet Marc
  , 2009. L'identification de défauts dans un solide élastique est étudiée par la méthode de sensibilité topologique dans un cadre dynamique transitoire récemment développé. Cette méthode, qui permet de construire de façon non itérative un indicateur de la présence de défauts, est d'abord mise en œuvre dans un cadre éléments finis 2D et 3D. L'étude paramétrique de ces résultats permettra d'évaluer l'efficacité de cette approche et de démontrer sa simplicité d'utilisation. Enfin une nouvelle formulation permettant d'étendre cette méthode à l'identification de fissures sera présentée.
• Approches primale et duale en rupture non linéaire
  
  • Stolz Claude
  , 2009. Le paramètre énergétique associé à la vitesse de propagation est une intégrale de contour appropriée exprimée en terme d’énergie libre ou d’énergie complémentaire. On étudie l’invariance par rapport au contour de ces intégrales et on interpréte les résultats obtenus. Les formulations primale et duale du problème d’évolution de la propagation de la fissure en élasto-plasticité sont ensuite présentées dans ce cadre énergétique.
• Sur les ondes stick-slip à l'interface de demi-espaces élastique et rigide sous contact frottant
  
  • Duong Bui Huy
  • Oueslati Abdelbacet
  , 2009. L’objectif de ce travail est l’étude analytique des ondes stick-slip à l’interface d’un demi-espace élastique en glissement relatif par rapport à un massif rigide sous contact frottant. Le problème est formulé dans le cadre de l’élastodynamique stationnaire à l’aide des potentiels complexes de Radok. Les équations de problème se réduisent à un problème de Hilbert discontinu. On montre qu’il y a une solution unique qui satisfait toutes les conditions requises sauf une : la contrainte de contact normale présente une singularité positive sur une zone de contact très petite.
• Sensibilité topologique d'ordre élevé pour l'identification d'inclusions
  
  • Bonnet Marc
  , 2009. Cette communication propose une approche basée sur la sensibilité topologique d'ordre élevé (i.e. le développement asymptotique à plusieurs termes d'une fonction-coût par rapport à l'apparition d'une inclusion test de taille arbitrairement petite) pour l'identification d'inclusions. On traite ici une situation-modèle (problèmes plans pour milieux caractérisés par une conductivité scalaire, inclusions caractérisées par un contraste de conductivité). Les caractéristiques principales de l'approche sont son caractère spatialement global (exploration exhaustive d'une région spatiale d'intérêt par grille d'échantillonnage) et sa rapidité numérique reposant sur le remplacement de la fonction-coût originelle par son approximant issu de l'analyse de sensibilité topologique étendue. La méthode est susceptible de généralisation (élasticité, 3D...). Des résultats numériques sont présentés.
• Application de la méthode Arlequin au dimensionnement à la fatigue des structures soudées
  
  • Lê Thi Thuy Trang
  • Maitournam Habibou
  • Burry Pierre
  • Augustins Louis
  , 2009. La méthode Arlequin est une méthode de calcul multi-échelle qui permet de réaliser des analyses locales de modèles globaux, c'est-à-dire qu'elle permet de raner les modèles globaux en des endroits intéressants (ssure, excavation, etc.). Dans cet article, nous présentons une autre application de la méthode Arlequin pour la modélisation des assemblages, plus précisément, des structures soudées.
• Analyse modale haute résolution
  
  • Ege Kerem
  • Boutillon Xavier
  • David Bertrand
  , 2009, pp.6 p.. Une nouvelle technique d'analyse modale basée sur l'algorithme de haute résolution ESPRIT et la méthode de détection d'ordre ESTER permet d'étendre le domaine fréquentiel où l'usage du formalisme modal est possible. Deux analyses modales partielles de plaques minces vibrantes sont présentées aux fréquences dites intermédiaires (recouvrement modaux μ compris entre 30% et 100%). Les fréquences et déformées modales estimées par cette méthode sont très proches de résultats théoriques calculés jusqu'à μ ≈ 70%.
• Analyse de l’adaptation des glissements dans un système de poutres circulaires en contact avec frottement
  
  • Antoni Nicolas
  • Nguyen Quang Huy
  , 2009. Dans le secteur automobile, on assiste souvent à l’avarie de certains assemblages du moteur par microreptation. Ce phénomène se caractérise par le cumul de petits glissements à l’interface à chaque cycle de chargement et conduit en particulier à la rotation d’ensemble des coussinets de bielle. Afin de construire dans ce cas un critère analytique de non-occurrence du phénomène, on considère un modèle de poutres circulaires en contact frottant soumis à une charge tournante périodique sur lequel est appliquée l’approche cinématique de l’adaptation des glissements. Les résultats issus de la modélisation analytique sont comparés à ceux de la simulation directe du problème par éléments finis.
• Approche multi-échelle du comportement mécanique des matériaux composites SiC/SiC : comportement élastique à l'échelle du toron
  
  • Chateau Camille
  • Gelebart Lionel
  • Bornert Michel
  • Crépin Jérôme
  • Caldemaison Daniel
  , 2009, pp.357-362. Une approche multi-échelle a été entreprise afin d'obtenir un modèle prédictif du comportement mécanique des composites SiC/SiC. L'étude du comportement élastique à l'échelle du toron (microstructure poreuse et hétérogène), réalisée sur des microstructures générées à partir des résultats de la caractérisation microstructurale, met en évidence un problème de séparabilité des échelles. Néanmoins, une estimation du comportement homogène équivalent est proposée en première approximation.
• Méthode multipôle rapide pour les équations intégrales de frontière en élastodynamique 3D. Application à la propagation d’ondes sismiques
  
  • Chaillat Stéphanie
  , 2009. La propagation des ondes sismiques peut être simulée à l'aide de différentes méthodes numériques. La méthode des éléments de frontière (BEM, pour Boundary Element Method) présente l'avantage de ne nécessiter que la discrétisation de la frontière du domaine de calcul considéré et permet de simuler des milieux étendus en évitant la forte dispersion numérique associée à d'autres schémas. Les solveurs adaptés à ce type de problèmes sont de deux types : (i) les solveurs directs, de complexité $O(N^3)$ en temps et $O(N^2)$ en mémoire ($N$ étant le nombre de degrés de liberté), et donc inutilisables dès que $N$ devient grand, et (ii) les solveurs itératifs, construisant une suite convergeant vers la solution, de complexité $O(n_\text{iter} \times N^2)$ en temps et en mémoire. Le principal inconvénient de la BEM, sous sa forme traditionnelle, est de conduire à un système linéaire dont la matrice est pleine (et non symétrique). Cela crée des difficultés sérieuses à partir de $O(10^4)$ degrés de liberté (DDLs) inconnus, et en particulier limite fortement (en termes de géométrie, hétérogénéité, longueur d'onde...) les configurations accessibles à la méthode. L'idée est alors d'appliquer une méthode d'accélération de l'évaluation des opérateurs intégraux, étape essentielle du calcul d'un produit matrice-vecteur utilisé par le solveur itératif (GMRES dans notre cas) afin de diminuer le temps CPU d'une itération mais aussi les besoins en stockage. Cette réorganisation du calcul est rendue possible par la méthode multipôle rapide (Fast Multipole Method ou FMM en anglais). Initialement développée pour les problèmes à $N$ corps par Rokhlin et Greengard [4] dans les années 80, la méthode a ensuite été adaptée aux équations de l'électromagnétisme par Rokhlin [6] et Chew [8]. La FMM est appliquée dans de nombreux domaines [5].
• Fast Multipole accelerated boundary element method for elastic wave propagation in multi-region domains
  
  • Chaillat Stéphanie
  • Bonnet Marc
  • Semblat Jean-François
  , 2009. Solving the 3-D elastodynamic equations using traditional boundary element methods (BEMs) is greatly hindered by the fully-populated nature of the BEM matrix. In a previous study limited to homogeneous media, we have established that the Fast Multipole (FM) method reduces the complexity of a 3-D elastodynamic BEM to N log N per GMRES iteration. Here, the methodology is extented to piecewise-homogeneous domains using a FM-accelerated multi-region BE-BE coupling. Numerical examples, and a simple preconditioning approach, are presented.
• Deformation and damage mechanisms in an alpha/beta 6242 Ti alloy in fatigue, dwell-fatigue and creep at room temperature. Influence of internal hydrogen
  
  • Gerland Michel
  • Lefranc Pierre
  • Doquet Véronique
  • Sarrazin-Baudoux Christine
  Materials Science and Engineering: A, Elsevier, 2009, 507 (1 -2), pp.132-143. In beta-forged Ti6242, dwell periods during ambient stress-controlled fatigue substantially reduce the lifetime. Cracks initiate due to the coalescence of shear-induced cavities nucleated at alpha/beta interfaces. This damage is most often due to pyramidal slip and enhanced by dwell periods. The influence of the hydrogen content on the tensile, creep and fatigue behaviour, damage mechanisms, and crack growth was investigated. Hydrogen reduced the proportional limit and the serrations on the tensile curves but increased the conventional yield stress at high strain rate, so that it either slowed down or enhanced room temperature creep, depending on the applied stress. When a H-induced reduction in creep occurred, H had a beneficial influence on the fatigue and dwell-fatigue lives, in spite of an acceleration of fatigue crack growth. Observations of the H distribution, using the microprint technique show that even though most of it resides in the beta phase, some is transported into the alpha phase, especially in heavily deformed alpha laths. (10.1016/j.msea.2008.11.045)
  DOI : 10.1016/j.msea.2008.11.045