Experimental and numerical study of multi layer systems debonding by laser driven shocks applied to laser shock debonding test

Étude numérique et expérimentale de la séparation par chocs brefs d'interface de revêtements multi-couches. Application au test d'adhérence par chocs laser

Cyril Bolis (1, 2)

1 Laboratoire d'Application des Lasers de Puissance; GIP GERAILP
2 UP - Université de Poitiers = University of Poitiers

Laser shock driven on a multi layer system yields traction stress at the interface and provides a new process for testing the bond strength of coatings by the LASer Adherence Test (LASAT). Interface bond strength of various metallic systems has been evidenced using high power laser facilities together with a VISAR diagnosis. Traction stress generation has been analyzed in order to optimize the traction at the interface , according to waves synchronization process. These results have been confirmed by 1D and 2D numerical simulation. Two dimensional effects of the shock loading on traction of the interface have been numerically and experimentally evidenced Experimental measurements have been recovered by numerical simulation implementing dynamic failure criteria of Kanel and Tuler Butcher. A realistic modeling of both roughness and porosity of coatings for plasma sprayed coatings improves consistence between numerical simulation and experiments using the LASAT process.

La génération d'un choc laser sur un système multi couche permet de solliciter l'interface en traction et de réaliser ainsi un test d'adhérence sans contact nommé LASAT (LASer Adhérence Test). Les seuils de rupture d'interfaces de divers systèmes métalliques ont été déterminés en utilisant des lasers de puissance couplés à un diagnostic VISAR. L'influence des paramètres de dépôt sur ces seuils est révélée par le procédé LASAT. La création des états de traction a été analysée pour optimiser la traction à l'interface par synchronisation des ondes. Ces résultats ont été confirmés numériquement avec les codes 1D SHYLAC et 2D/3D RADIOSS. La création d'états de traction par les effets de bords et leurs effets sur l'interface ont été étudiés numériquement et expérimentalement. Les signaux expérimentaux ont été modélisés à l'aide des critères de rupture dynamique de Kanel ou de Tuler-Butcher ainsi que par l'utilisation de maillages réalistes des rugosités et des porosités de dépôts de cuivre élaborés par projection plasma.

Mots clés: dynamic failure; coatings; numerical simulation; Shock waves; damaging

Mots clés: laser; endommagement; rupture dynamique; adhérence; couches minces; Ondes de choc; adhésion; simulation numérique; VISAR

Domaines: Energie électrique; Mécanique [physics.med-ph]; Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]

Cyril Bolis. Étude numérique et expérimentale de la séparation par chocs brefs d'interface de revêtements multi-couches. Application au test d'adhérence par chocs laser. Energie électrique. Université de Poitiers, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00009573⟩