Un nouveau modèle pour étudier la plasticité des cristaux
Des chercheurs du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux ont développé un nouveau modèle de la plasticité des cristaux, grâce auquel il est possible de simuler leur déformation à l'échelle du micron. Une avancée pour l'amélioration des propriétés mécaniques des matériaux, et le contrôle de leur mise en forme. Les résultats sont publiés dans les Physical Review Letters.
Pour décrire la plasticité des cristaux, c'est-à-dire les phénomènes qui interviennent lorsque le matériau est déformé de manière irréversible, les chercheurs et les ingénieurs disposent de deux sortes d'outils de simulation. L'une traite le problème de manière macroscopique, à partir de paramètres tels que les contraintes et les déformations, et ne peut rendre compte des phénomènes déterminants à l'échelle du micron. L'autre effectue des calculs atomistiques sur quelques dizaines d'atomes, calculs qui ne peuvent être étendus à plus grande échelle, en raison des temps et des coûts de calcul que cela imposerait.
Pour combler cette lacune, et effectuer des simulations à l'échelle «mésoscopique», des chercheurs du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS)1 ont développé un nouveau modèle de la plasticité des cristaux. Leur modèle mathématique, en prenant en compte les contraintes de symétrie associées aux cristaux, réussit à combiner la mécanique des milieux continus (pour la simulation à l'échelle macroscopique) avec la prise en compte des interactions à l'échelle des atomes. Il permet de simuler la plasticité à l'échelle du micron, tout en restant compatible avec les moyens de calculs.
La nouvelle approche de modélisation proposée promet de devenir un nouvel outil essentiel dans l'étude de la déformation plastique à l'échelle micro/nanométrique, où les théories classiques de la plasticité ne parviennent pas à évaluer la limite élastique, à tenir compte des fluctuations et à décrire adéquatement les effets de taille. Dans une première étape, les chercheurs ont réalisé une preuve de concept avec un modèle 2D. Ils développent maintenant, sur le même principe, un modèle 3D de la plasticité des cristaux.
Nucléation par dislocation collective dans le cristal parfait (a) puis perte de la stabilité au cours des différentes étapes de son évolution (b-e). Configuration finale de l'équilibre mécanique (f).
Références :
Landau-type theory of planar crystal plasticity
R. Baggio, E. Arbib, P. Biscari, S. Conti, L. Truskinovsky, G. Zanzotto, and O. U. Salman.
Phys. Rev. Lett. 123, 205501 – Published 11 November 2019
DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.205501
- 1En collaboration avec le laboratoire PMMH (CNRS/Université Paris Diderot/ESPCI/Sorbonne Université) ; Département de Physique, Politecnico di Milano, Italie ; Institut fur Angewandte Mathematik, Université de Bonn, Allemagne ; DPG, Université de Padoue, Italie.