PROPOSITION DE SUJET DE THESE 2011/2014 AU CENTRE DES ...

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PROPOSITION DE SUJET DE THESE 2011/2014 AU CENTRE DES ...

microstructures. La nouveauté consiste à prendre en compte le couplage entredéformation plastique et oxydation. Les couplages entre mécanique etoxydation sont de deux ordres. La formation d'oxyde, d'abord, s'accompagned'une déformation de la maille et conduit au développement de contraintesinternes responsables de déformations irréversibles locales. Ensuite, ladéformation plastique existant dans les grains en raison des chargementsthermomécaniques de fatigue, notamment sous la forme de bandes delocalisation au sein des grains, accélère la cinétique locale d'avancée du front.La méthode dite des champs de phases permet de prendre en comptel'ensemble de ces phénomènes en couplant les équations de la mécanique etde la diffusion à l'équation de Landau-Ginzburg qui régit la progression du frontd'oxyde. La méthode proposée doit permettre d'estimer l'influence de ladéformation sur la cinétique globale d'oxydation, d'une part, et de simuler leschamps de contraintes locales au sein d'un agrégat polycristallin en surface encours d'oxydation, afin de dégager des critères d'amorçage de fissure. Onenvisagera également l'existence de structures de localisation de ladéformation au sein de certains grains de surface. Les simulations numériquesseront réalisées par la méthode des éléments finis dans le code Zset quipossède déjà le cadre de développement des méthodes de champs de phase.English descriptionThe Centre des Matériaux located in Evry (35km south of Paris) is a laboratoryassociated with the CNRS, employing 181 people including 38 researchers, 38technicians, 82 PhD students and 10 Post-Doctoral researchers. Researchconcerns materials processing and surface modification, the microstructuralcharacterization and experimental study of the behaviour of materials. Thesestudies are carried out in close contractual collaboration with industrialpartners.We investigate under which conditions cracks can initiate in some componentsof the nuclear industry made of 316L steel due to the combined effects ofoxidation and plastic deformation, especially under fatigue loading conditions.The oxidation front advances from a free surface of the polycrystal andpreferentially along grain boundaries. A multi-scale approach is proposed thataccounts for both the plastic deformation inside grains and the oxygen diffusionprocess in the bulk and along grain boundaries. Previous studies aimed atsetting up the basis for such coupled diffusion-mechanics in polycrystallineaggregates. The new feature of the work is a detailed account of the couplingbetween plastic deformation and oxidation according to two main mechanisms.First, the migration of the oxide front induces the development of internalstresses due to the phase transformation eigenstrain. Such stresses are thenresponsible for local plastic deformation in the different phases. Second, plasticdeformation is also present inside the grains due to thermomechanical fatigueloading, for instance in the form of persistent slip bands close to the freesurface. The plastic fields leads to an acceleration of the local oxidationkinetics. The phase field method makes it possible to account for thesephenomena by coupling the diffusion-mechanics equations to the Landau-Ginzburg equation that drives the motion of the oxidation front. The proposedmethod should capture the impact of plastic deformation on the globaloxidation kinetics. It will also be used to simulate the stress-strain field inside


the polycrystalline aggregates in order to determine local criteria for crackinitiation. The existence of strain localization structures inside the grains willalso be considered. Numerical simulations are based on the finite elementmethod within the in-house code Zset which provides a framework for coupledphase field-mechanics simulations.Conditions restrictives sur les candidatures : aucuneFinancement doctorant : Chaire EDFExpérience souhaitée / profil : Formation en mécanique numérique desmatériaux / Strong background in computational mechanics of materialsRELATIONS CONTRACTUELLES : EDFRéférences bibliographiques/References:K. Ammar, B. Appolaire, G. Cailletaud, F. Feyel, S. Forest, Finite elementformulation of a phase field model based on the concept of generalizedstresses , Computational Materials Science, vol. 45, pp. 800-805, 2009.K. Ammar, B. Appolaire, G. Cailletaud, S. Forest, Phase field modeling ofelasto-plastic deformation induced by diffusion controlled growth of a misfittingspherical precipitate , Philosophical Magazine Letters, vol. 91, pp. 164-172,2011.Guilhem Y, Basseville S, Curtit F, et al., Investigation of the effect of grainclusters on fatigue crack initiation in polycrystals, International Journal ofFatigue, vol. 32, pp. 1748-1763, 2010.Musienko A, Cailletaud G, Simulation of inter- and transgranular crackpropagation in polycrystalline aggregates due to stress corrosion cracking,Acta Materialia, vol. 57, pp. 3840-3855, 2009.Le dossier de candidature comportant :- un curriculum vitae détaillé- une lettre de motivation- relevés de notes- lettres de recommandations et les noms, lescoordonnées d’au moins deux personnes pouvant être contactées pourrecommandationest à faire parvenir au Centre des Matériaux de l’Ecole des Mines de Paris,B.P. 87 – 91003 EVRY CEDEX à l’attention du Service recrutement ou par mail


à : recrutement@mat.ensmp.frApplicants should supply the following :a detailed resumea covering letter explaining the applicant’s motivation for the positiondetailed exam resultstwo references : the name and contact details of at least two peoplewho could be contacted to provide an appreciation of the candidateto be sent to Centre des Matériaux de l’Ecole des Mines de Paris, B.P. 87 –91003 EVRY CEDEX, to the attention of recruitment department, and/or by e-mail : recrutement@mat.ensmp.fr

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