Influence de la rugosité de surface sur les champs mécaniques locaux dans les agrégats polycristallins

Yoann Guilhem (1, 2) , Stéphanie Basseville (3) , Henry Proudhon (1) , Georges Cailletaud (1)

1 CDM - Centre des Matériaux
2 MATEIS - Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne]
3 LISV - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles

L'état de surface des composants mécaniques varie en fonction des sollicitations appliquées. Le procédé de fabrication peut engendrer à la surface de ces pièces, entre autres, un pré-écrouissage, un relief de surface, un état de contraintes résiduelles et la recristallisation partielle de la microstructure. Il s'avère que sous chargement de fatigue, tous ces paramètres influent de différentes manières sur la durée de vie. Mieux appréhender dans un premier temps les effets séparés de chacun, puis les effets combinés apporterait des éléments supplémentaires pour mieux prédire, voire prolonger la durée de vie de ces pièces. Cette étude se focalise sur le rôle de la rugosité de surface, i.e. l'aspect géométrique de l'état de surface uniquement. Pour cela, les résultats de calculs d'agrégats polycristallins en 3D avec plasticité cristalline sur des maillages comportant différents niveaux de rugosité sont comparés. Deux types d'états de surface sont pris en compte, brut et brossé. Des surfaces rugueuses à rugosité contrôlée sont générées à partir des profils de rugosité 1D, puis appliquées sur un maillage de polycristal. L'analyse des résultats se fait aussi bien en surface que dans le volume. Elle met en évidence une compétition entre la cristallographie et la rugosité pour imposer les schémas de localisation de la déformation. Lorsque la rugosité devient plus forte, on passe des bandes traditionnelles que génère la cristallographie à des champs de déformation pilotés par les singularités géométriques de la surface, comme les vallées du profil de rugosité. Cette transition va s'établir différemment suivant le rayon de courbure des stries du relief de surface, selon une règle dont on établit la forme paramétrique. On remarque également que cet effet se dissipe peu à peu sous la surface, jusqu'à devenir totalement négligeable après avoir franchi la première couche de grains. Cette étude donne une image renouvelée des champs locaux en surface, et devrait influencer le développement de modèles d'endommagement à base physique.

Mots clés: état de surface; localisation; rugosité; plasticité cristalline; polycristaux

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]; Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Yoann Guilhem, Stéphanie Basseville, Henry Proudhon, Georges Cailletaud. Influence de la rugosité de surface sur les champs mécaniques locaux dans les agrégats polycristallins. 21ème Congrès Français de Mécanique (CFM2013), Aug 2013, Bordeaux, France. pp.a_M7T7GKFG. ⟨hal-01018023⟩