Vibrations and Micromechanics of Model Amorphous Materials
Vibrations et Micromécanique de Matériaux Amorphes Modèles
Résumé
Amorphous solids present peculiar mechanical and vibrational properties. Although not having any long range order, they show an higher plastic threshold and weaker shear modulus than corresponding crystals. Contrary to the response in terms of dislocations of crystals, the irreversible response of sheared amorphous solids is strongly localized (shear bands). We present recent numerical results on simple model amorphous solids
and demonstrate that the observed excess of vibrational modes in the Terahertz region, the so-called "Boson Peak", is related to the non-affine response of amorphous solids under external load, i.e. to the breakdown of classical elasticity continuum theory at small wavelengths. The relevance of the non-affine displacements on plastic deformation and yield is discussed.
and demonstrate that the observed excess of vibrational modes in the Terahertz region, the so-called "Boson Peak", is related to the non-affine response of amorphous solids under external load, i.e. to the breakdown of classical elasticity continuum theory at small wavelengths. The relevance of the non-affine displacements on plastic deformation and yield is discussed.
Les solides amorphes présentent des propriétés mécaniques et vibrationelles particulières. Bien que ne possédant pas d'ordre à longue portée, ils exhibent une dureté plus élevée et un module de cisaillement plus faible que celui du cristal correspondant. De même, la réponse irréversible en cisaillement de ces matériaux se localise et met en évidence l'existence de bandes de cisaillement, contrairement à la réponse en terme de dislocations d'un cristal sous une telle déformation. D'autre part, la densité d'état des modes de vibrations, dans un matériau amorphe, fait apparaître un excès de modes dans la région du Térahertz par rapport à la prédiction continue de l'élasticité, nommé Pic Boson. Dans cette thèse, nous abordons ces différentes problématiques par l'utilisation des simulations de Dynamique Moléculaire sur des matériaux amorphes modèles. Nous montrons que les anomalies de densité d'états sont liées à l'existence d'un champ de réponse non-affine de nos matériaux à diverses sollicitations. Ce champ de déplacement exhibe des mouvements collectifs d'atomes, corrélés sur plusieurs distances interatomiques, longueur en-dessous de laquelle le désordre devient pertinent, et le spectre vibrationel du matériau ne peut être décrit par une théorie continue de l'élasticité. L'influence d'une telle longueur dans le régime de déformation plastique irréversible a alors été abordée par la mise en oeuvre d'un protocole athermique de déformation quasistatique. Celui-ci a montré que le régime d'écoulement plastique était spatialement hétérogène, avec deux types d'évènements plastiques: des réarrangements quadrupolaires localisés, ainsi que des bandes de cisaillements.