Micromechanical modeling of the viscoplastic behavior of a porous polycrystal: application to an irradiated austenitic stainless steel
Modélisation micromécanique du comportement viscoplastique d’un polycristal poreux : application à un acier inoxydable austénitique irradié
Résumé
Austenitic stainless steels employed as internals in pressurized water reactor vessels may nucleate intragranluar voids when exposed to prolonged irradiation and high temperature. The voids, almost spherical in shape, modify the mechanical behavior of the material. This work explores three different approaches in order to model viscoplasticity of voided single crystals. The first approach consists in idealizing the voided
crystal as a hollow sphere assemblage made of crystalline material. The second approach consists in idealizing the voided crystal as a sequential laminate of infinite rank obeying an isotropic lamination sequence. The third approach consists in idealizing the voided crystal as a periodic medium with a complex unit cell, and computing the mechanical fields numerically via a Fast Fourier Transform algorithm. Then, the estimates for porous single crystals are used to model the viscoplasticity of voided polycrystals via a double up scaling process. Finally, in order to apply the present model to an irradiated austenitic stainless steel, the constitutive material parameters are identified with numerical simulations on periodic unit cells where locally the constitutive behavior is described by a phenomenological model especially devoted to this irradiated austenitic stainless steel, taking account of the evolution of irradiation defects. As a general rule, this work aims at delivering innovative, high-performance modeling tools, applicable to a wide variety of crystalline materials together with irradiated austenitic stainless steels.
La température élevée et l’irradiation prolongée que subissent les aciers inoxydables austénitiques des internes de cuve des réacteurs à eau pressurisée entraînent potentiellement l’apparition de cavités au sein des grains de la structure polycristalline du matériau considéré. Ces cavités intragranulaires, de forme plutôt sphérique, peuvent modifier les propriétés mécaniques du matériau. Tout d’abord, ce travail de recherche propose de modéliser le comportement viscoplastique de monocristaux poreux, principalement via trois approches différentes. Premièrement, le monocristal poreux est idéalisé comme un assemblage d’une infinité de sphères homothétiques ; deuxièmement, le monocristal poreux est idéalisé comme une microstructure laminée séquentiellement, dont le procédé de laminage est réitéré à l’infini ; troisièmement, le monocristal poreux est idéalisé comme une microstructure périodique dont le comportement est évalué par des simulations numériques basées sur un algorithme de transformées de Fourier rapides. Ensuite, les estimations pour monocristaux poreux sont exploitées via une démarche de double changement d’échelles pour modéliser le comportement viscoplastique d’un polycristal poreux. En vue d’une application à un acier inoxydable austénitique irradié, les paramètres matériau du modèle polycristallin poreux sont identifiés à partir de simulations numériques sur des microstructures périodiques où localement le comportement cristallin est décrit par une loi de comportement spécialement dédiée à cet acier inoxydable austénitique irradié prenant en compte l’évolution des défauts dus à l’irradiation. De manière générale, ce travail cherche à proposer des outils de modélisation innovants, performants, et applicables à une grande variété de configuration cristalline, mais aussi facilement applicables aux aciers inoxydables auténitiques irradiés.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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