Modélisation numérique de la plasticité des matériaux amorphes - Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris - PSL Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2022

Numerical modeling of the plasticity of amorphous materials

Modélisation numérique de la plasticité des matériaux amorphes

Résumé

Although amorphous solids are ubiquitous in nature and have many industrial applications (glass, gel, granular materials...), the fundamental understanding of their mechanical behaviour is still limited. These disordered materials exhibit a universal mechanical response characterized by localized flow events that call for a global understanding. The crux of the problem comes from their disordered structure, preventing the identification of topological flow defects, as in crystals. On the particle scale, plasticity and damage occur through irreversible rearrangements. These shear transformations can aggregate as avalanches or form shear bands involving all spatial scales. Moreover, the mechanical response of these non-equilibrium systems crucially depends on the details of the particle interactions and their thermomechanical history. In this work, we develop a method to compute the local yield stress on the atomic scale in two-dimensional model glasses obtained through different tempering protocols. This technique allows us to efficiently sample local plastic rearrangement thresholds, in a non-perturbative way, in different loading directions, and on controlled length scales. The locations of plastic rearrangements during system loading are strongly correlated with the soft zones of the quenched states. In ultra-stable glasses, the most relevant from an experimental point of view, the local yield stress turns out to be one of the best structural indicators to predict plastic activity in athermal amorphous solids. We show that this method is highly helpful for capturing the dependencies of barriers on glass preparation, shear band formation and plastic deformation-induced anisotropy. Therefore, it is an ideal tool for documenting and modelling what is happening "inside" an amorphous solid and better characterizing the relationship between structure and plasticity. From a practical point of view, we also show that this method makes it possible to consider quantitative multiscale modelling strategies.
Bien que les solides amorphes soient omniprésents dans la nature et possèdent de nombreuses applications industrielles (verre, gel, matériaux granulaires...), la compréhension fondamentale de leur comportement mécanique reste encore limitée. Ces matériaux désordonnés présentent une réponse mécanique universelle caractérisée par des événements d’écoulement localisés qui appellent à une compréhension globale. Le noeud du problème provient de leur structure désordonnée empêchant l'identification de défauts d’écoulement topologiques comme c’est le cas dans les cristaux. À l’échelle des particules, la plasticité et le dommage se produisent par des réarrangements irréversibles. Ces transformations de cisaillement peuvent s’agréger sous forme d’avalanche ou former des bandes de cisaillement impliquant toutes les échelles spatiales. De plus, la réponse mécanique de ces systèmes hors d’équilibre dépend de manière cruciale des détails des interactions entre particules et de leur l'histoire thermomécanique. Dans ce travail, nous développons une méthode pour calculer les limites d’élasticité locales à l'échelle atomique dans des verres bidimensionnels modèles obtenus via différents protocoles de trempe. Cette technique nous permet d'échantillonner efficacement les seuils de réarrangements plastiques locaux, de manière non perturbative, dans différentes directions de chargement et sur des échelles de longueur contrôlées. Les emplacements de réarrangement plastique lors du cisaillement sont fortement corrélés avec les zones molles des états trempés. Dans les verres ultra-stables, les plus pertinents d’un point de vue expérimental, les limites d'élasticité locale s'avèrent être l'un des meilleurs indicateurs structuraux pour prédire l'activité plastique dans les solides amorphes athermiques. Nous montrons que cette méthode est très utile pour capturer les dépendances de barrières à la préparation du verre, à la formation des bandes de cisaillement et l'anisotropie induite par une déformation plastique. Il s’agit donc un outil idéal pour documenter et modéliser ce qui se passe "à l'intérieur" d'un solide amorphe et mieux caractériser la relation entre structure et plasticité. D'un point de vue pratique, nous montrons de plus que cette méthode permet d'envisager des stratégies de modélisation multi-échelles quantitatives.
Fichier principal
Vignette du fichier
HDR_Patinet_2022.pdf (6.17 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03779182 , version 1 (16-09-2022)
tel-03779182 , version 2 (20-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03779182 , version 2

Citer

Sylvain Patinet. Modélisation numérique de la plasticité des matériaux amorphes. Mécanique des solides [physics.class-ph]. Université Paris Sciences & Lettres, 2022. ⟨tel-03779182v2⟩
223 Consultations
92 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More