A continuum model for slip transfer at grain boundaries

Un modèle continue pour le transfert de glissement aux joints de grains

Claude Fressengeas (1) , Manas V Upadhyay (2)

1 LEM3 - Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
2 LMS - Laboratoire de mécanique des solides

Using a continuous representation of dislocations in elastoplastic polycrystals, we investigate slip transfer at grain boundaries by assessing the compatibility of the slip system shear rates with tangential continuity of the plastic distortion rate tensor at these interfaces. Fulfillment of this tangential continuity condition is needed for consistency of the continuous description of dislocations in polycrystals. We show that, in f.c.c. materials at moderate temperatures, this condition unequivocally translates into constraints on the slip rates on both sides of grain boundaries. Appended to the elastoplastic boundary value problem, it allows a complete determination of the slip system shear rates. An algorithm enabling the implementation of compatible slip transfer in both the finite element methods and the spectral methods based on Fast Fourier Transforms is provided in both standard crystal plasticity and the mechanics of dislocations fields.

En utilisant une représentation continue des dislocations dans les polycristaux élastoplastiques, nous étudions le transfert de glissement aux joints de grains en évaluant la compatibilité des taux de cisaillement du système de glissement avec la continuité tangentielle du tenseur de taux de distorsion plastique à ces interfaces. La réalisation de cette condition de continuité tangentielle est nécessaire pour la cohérence de la description continue des dislocations dans les polycristaux. Nous montrons que, dans des matériaux c.f.c. à des températures modérées, cette condition se traduit sans équivoque par des contraintes sur les taux de glissement des deux côtés des joints de grains. Associé au problème de la valeur limite élastoplastique, il permet une détermination complète des taux de cisaillement du système de glissement. Un algorithme permettant la mise en œuvre d'un transfert de glissement compatible dans les méthodes par éléments finis et les méthodes spectrales basées sur la transformation de Fourier rapide est fourni à la fois dans la plasticité cristalline standard et dans la mécanique des champs de dislocations.

Domaines: Génie mécanique [physics.class-ph]; Mécanique des solides [physics.class-ph]; Mécanique des structures [physics.class-ph]

Claude Fressengeas, Manas V Upadhyay. A continuum model for slip transfer at grain boundaries. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences, 2020, ⟨10.1186/s40323-020-00145-6⟩. ⟨hal-02467953⟩