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École Nationale Supérieure des Mines de Paris (04/02/2010), Georges Cailletaud (Dir.)
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Modélisation du comportement en plasticité et à rupture des aciers bainitiques irradiés
Can Ngon Nguyen1

Les aciers faiblement alliés sont utilisés dans les réacteurs nucléaires pour la réalisation de différents équipements. Soumis à une irradiation neutronique induite par le fonctionnement du réacteur, ces matériaux présentent des évolutions notables de leur microstructure, avec en particulier l'apparition de défauts d'irradiation comme des boucles interstitielles, des amas lacunaires et des précipités, qui conduisent à un durcissement et une fragilisation en relation directe avec la dose reçue et le flux neutronique. Le comportement en plasticité hors irradiation des aciers bainitiques faiblement alliés a fait l'objet de plusieurs modélisations élaborées à partir d'observations expérimentales et de modélisations à l'échelle atomique. Plusieurs thèses ont été supportées par EDF et le CEA dans le passé. Ce travail se place dans leur prolongement, et adopte une démarche classique, en utilisant des éléments expérimentaux connus, mais il se place de façon déterminée à l'échelle de la microstructure, et cherche à intégrer un maximum d'informations de métallurgie physique. C'est dans cet esprit que sont introduites des microstructures réalistes en termes de morphologie et d'orientation cristalline, et qu'on adopte un modèle de plasticité cristalline en grandes déformations basé sur les densités de dislocations. Ce choix permet de prendre en compte dans les lois de plasticité les interactions entre dislocations et défauts d'irradiations pour des conditions de chargements sévères. Ces lois sont introduites dans le code de calcul par éléments finis ZéBuLoN afin de réaliser des calculs d'agrégats polycristallins aux propriétés représentatives d'un élément de volume macroscopique. Les résultats obtenus sur un tel agrégat sont donc considérés comme une donnée élémentaire dans la manipulation des modèles de rupture fragile sur des structures. La nouvelle approche développée a un statut d'approche locale micromécanique".
1:  MAT - Centre des Matériaux
Agrégat polycristallin – approche micromécanique – 16MND5 – aciers bainitiques – densités de dislocations – irradiation

Low alloy steels are used in various equipments of nuclear reactors. Subjected to neutron irradiation produced during the operation of reactors, these materials exhibit significant changes in their microstructure, especially with the formation of radiation defects as interstitial loops, void clusters and precipitates. These defects in interactions with dislocations lead to a hardening and embrittlement which are directly related to the received dose and neutron flux. The plastic behaviour of non-irradiated low alloy bainitic steels has been the object of several modellings based on observations from experiments and atomistic simulations. Some of them result from thesis supported by EDF and CEA, which describe different strategies for the micromechanical modelling of brittle failure. Improvements in this work come from the integration of new physical characteristics and the attention paid to the representativity of the microstructure: whereas realistic microstructures in terms of morphology and crystal orientations have been adopted, a dislocation density based constitutive model in the large deformation framework is used to describe crystal plasticity. This choice is justified by the need to take into account, in the constitutive modelling, the interactions between dislocations and irradiation defects under severe loading conditions. The plasticity laws have been implemented in the finite elements code ZéBuLoN in order to perform computations of polycrystalline aggregates. Such aggregates are representative volume elements. They thus provide the database required for the application of brittle failure models to structures. This multiscale character confers to the modelling the status of “micromechanical local approach of failure”
Polycrystalline aggregate – micromechanical approach – 16MND5 – bainitic steels – dislocations density – irradiation

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