Soutenance de thèse de CHAIX Loïc
Titre de thèse
Modélisation micromécanique du comportement viscoplastique d'un polycristal : application au durcissement d'un acier irradié
Micromechanical modeling of the viscoplastic behavior of a polycrystal: application to the hardening of an irradiated steel
Résumé de la thèse
Cette thèse s'inscrit dans le cadre des recherches menées par l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) sur la cuve des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). A cause de l'irradiation neutronique, la cuve subit des modifications de ses propriétés mécaniques, dont un durcissement et une fragilisation. Ces changements induisent un décalage de la température de transition ductile-fragile et donc une diminution de la marge vis à vis du risque de rupture brutale de la cuve, notamment en cas d'Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP).
L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la modélisation du comportement mécanique des aciers de cuve irradiés, en proposant un nouveau modèle de comportement en viscoplasticité à l'échelle du polycristal. Une loi de plasticité cristalline à l'échelle du monocristal spécifique pour les aciers de cuve irradiés est considérée. La montée d'échelle, depuis le monocristal jusqu'au polycristal, est ensuite faite par homogénéisation au travers de calculs en champs complets ou de calculs en champs moyens.
Dans un premier temps, une description est faite de la problématique et de la démarche générale. Dans un second temps, la loi de plasticité cristalline est présentée aux travers de ses différentes équations de comportement. Dans un troisième temps, plusieurs campagnes de simulations à base de transformées de Fourier rapide (FFT) sont réalisées, d'une part en les confrontant à des résultats expérimentaux et d'autre part en étudiant les champs locaux. Dans un quatrième temps, des résultats déterminés par homogénéisation via des approximations en champs moyens et par des simulations FFT sont confrontés. Les approximations en champs moyens sont obtenues en utilisant des méthodes d'homogénéisation non-linéaires, en homogénéisant de manière découplée les déformations élastiques et plastiques et en employant divers schémas de complexité croissante tels que les schémas élémentaires de Taylor et Sachs ou les schémas auto-cohérents plus récents basés sur le concept de milieu linéaire de comparaison comme Fully Optimized Second-Order (FOSO). Enfin, des calculs exploratoires avec la méthode FOSO portant sur le couplage des déformations élastiques et plastiques dans l'homogénéisation en champs moyens et sur la proposition d'une description homogénéisée alternative basée sur une décomposition en onde plane sont effectués.
Thesis resume
This thesis work is part of the research carried out by the Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) on the Reactor Pressure Vessel (RPV). Due to neutron irradiation, the RPV undergoes changes in its mechanical properties, including a hardening and an embrittlement. These changes induce a shift in the ductile to brittle transition temperature and therefore a reduction in the margin with respect to the risk of RPV brutal rupture especially in the event of a Loss Of Coolant Accident (LOCA).
The main purpose of this thesis work is therefore to improve the modeling of the mechanical behavior of irradiated RPV steels, by proposing a new viscoplasticity behavior model at the polycrystal scale. A crystal plasticity law at the monocrystal scale specific for irradiated RPV steels is considered. The scaling up, from monocrystal to polycrystal, is done by a homogenization procedure through full-field and mean-field calculations.
First, a description is made of the problem and the general approach. Secondly, the crystal plasticity law is presented through its different constitutive equations. Thirdly, several Fast Fourier Transforms (FFT) based simulations are carried out, on the one hand by comparing them with experimental results and on the other hand by studying the intragranular fields. Fourthly, results determined by homogenization via mean-field approximations and by FFT simulations are compared. The mean-field approximations are obtained using non-linear homogenization methods, by homogenizing the elastic and plastic strains in a decoupled manner and by employing various schemes of increasing complexity such as the elementary schemes of Taylor and Sachs or more recent methods based on the concept of linear comparison composite such as Fully Optimized Second-Order (FOSO). Finally, exploratory calculations with the FOSO method relating to the coupling between the elastic and plastic strains in the mean-field homogenization process and to the proposal of an alternative homogenized description based on a plane-wave decomposition are carried out.