Experimental study and modelling of the mechanical behaviour of tantalum : influence of the strain rate and of the loading history
Étude expérimentale et modélisation du comportement plastique du tantale : eprise en compte de la vitesse de déformation et de l'histoire du chargement
Résumé
The growing interest numerical results showing the response of structures to dynamic loading conditions implies the development of very sophisticated constitutive models. These models must take two points into account: transcribe a bunch of experimental facts and predict the behaviour of the material under specific loading conditions. Through the mechanical behaviour of tantalum, we tried to understand and describe the phenomena occuring in b.c.c. metals. Plastic strain cannot be considered as a parameter describing the physical state of the material. Klepaczko's model based on the evolution of a single state parameter (the total dislocations density) fitted already fairly well with the experimental results for f.c.c. metals. We performed quasistatic and dynamic torsion tests on high-purity polycrystalline tantalum at room temperature. Moreover, on the same type of samples, we performed jump tests in strain rate with Split Hopkinson Torsion Bars. Although Klepaczko's model can correctly fit our experimental results, the introduction of a second state parameter (the mobile dislocations density) seems necessary for a better understanding and restituion of the phenomena occuring during plastic flow. We present a proceeding to determine analytically the contributions to the flow stress of the microstructure and of the loading conditions (temperature and strain rate). Finally, we compare the results in compression and torsion. It appears that the kind of solicitation has a major role on the mechanical behaviour of tantalum which limits at present the proposed model
La demande de plus en plus importante de calculs restituant la réponse de structures à des sollicitations dynamiques nécessite le développement de modèles de comportement très élaborés. En effet, la résolution de ce type de problèmes fait appel aux équations d'état d'une part, et, d'autre part, aux lois de comportement mécanique des matériaux en cause. La formulation de ces dernières doit répondre à deux impératifs: retranscrire un ensemble de faits experimentaux et prédire le comportement du matériau sous certaines conditions de chargement. A partir du comportement mécanique du tantale, nous avons tenté de comprendre et de retranscrire les phénomènes régissant le comportement des matériaux à structure C. C. Il a été mis en évidence que la déformation plastique ne peut pas rendre compte de l'état physique du matériau car la contrainte d'écoulement dépend du trajet de chargement. Le modèle formulé par J.R. Klepaczko qui se base sur l'évolution d'un unique paramètre d'état (la densité totale de dislocations) a déjà montré un très bon accord avec les résultats expérimentaux pour les métaux à structure C.F.C. Nous avons effectué sur un tantale polycristallin de haute pureté et à température ambiante des torsions quasi statiques, dynamiques ainsi que des essais de saut de vitesses en utilisant un dispositif de barres de Hopkinton de torsion. Bien qu'il soit possible d'adapter ce modèle à un paramètre aux données expérimentales avec une bonne adéquation, l'introduction d'un second paramètre d'état (la densité de dislocations mobiles) est apparue nécessaire pour une meilleure compréhension et restitution des phénomènes qui surviennent au cours de l'écoulement plastique. Nous présentons une procédure permettant de déterminer analytiquement les contributions de la microstructure et des conditions de chargement sur la contrainte d'écoulement. Nous comparons enfin les résultats en compression et en torsion. Le comportement du tantale se révèle très sensible au type de sollicitation ce qui limite aujourd'hui le modèle proposé
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