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AbstractAbstract
[en] Predicting the lifetime of metals and alloys subjected to cyclic loading requires an understanding of the fatigue crack initiation and propagation mechanisms. In this Ph.D. thesis we are interested on the one hand in the extrusion formation and growth preceding fatigue crack initiation in metals and alloys and on the other hand in the mechanisms of fatigue crack propagation in ductile metals and alloys under an inert environment. The Persistent Slip Bands (PSBs) are modeled using a crystal plasticity constitutive law with thermal elastic plastic computations to simulate the extrusion formation and growth. The stress fields induced by the extrusions are estimated and the likelihood of fatigue cracks initiation is discussed in the light of the assessed stress fields. The propagation of fatigue cracks has been investigated using molecular dynamics computations with Embedded Atom Method (EAM) interatomic potentials. The simulations revealed a mechanism of fatigue crack propagation by dislocation emission and slip irreversibility. The various dislocation barriers, junctions between dislocations and other lattice defects as well as the cross-slip are identified as the origins of this plastic irreversibility. The weak influence of temperature generally observed in experiments and the effect of stacking fault energy could be explained, or at least partially, thanks to the dislocation microstructures observed around crack-tip. The propagation of fatigue cracks under mixed mode is also studied. (author)
[fr]
La prediction de la duree de vie des metaux et alliages soumis a des sollicitations cycliques necessite la comprehension des mecanismes d'initiation et de propagation des fissures de fatigue. Dans cette these de doctorat, nous nous interessons d'une part a la croissance d'extrusion des bandes de glissement precedant l'initiation des fissures de et d'autre part aux mecanismes de propagation des fissures de fatigue dans les metaux et alliages ductiles sous environnement inerte. Les bandes de glissement sont modelisees via une loi de plasticite cristalline et des calculs thermoelastoplastiques permettent de simuler l'extrusion des bandes de glissement. Les champs de contraintes induits par l'extrusion des bandes de glissement sont evalues et l'initiation des fissures de fatigue est discutee a la lumiere des champs de contraintes evalues. D'un autre cote, la propagation des fissures de fatigue a ete etudiee grace aux calculs de dynamique moleculaire avec des potentiels interatomiques de type EAM (Embedded Atom Method). Les simulations ont mis en evidence un mecanisme de propagation des fissures par emission des dislocations et irreversibilite du glissement plastique. Les differentes jonctions entre dislocations et les autres defauts cristallins de meme que le glissement devie sont identifies comme origine de cette irreversibilite plastique. La faible influence de la temperature generalement observee dans les experiences et l'influence de l'energie de faute d'empilement ont pu etre expliquees ou du moins partiellement grace aux microstructures de dislocations observees en pointe de fissure. La propagation des fissures de fatigue en mode mixte est egalement etudiee. (auteur)Original Title
Simulation multiechelle de la croissance des extrusions et de la propagation des fissures de fatigue pres du seuil: application aux metaux et alliages a structure cubique a faces centrees
Primary Subject
Source
31 Mar 2021; 321 p; 331 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Mecanique des Solides
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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