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Fragilisation du zircaloy-4 par l'hydrogène : comportement, mécanismes d'endommagement, interaction avec la couche d'oxyde, simulation numérique / Marjolaine Grange ; sous la direction de Éric Andrieu

Auteur principal : Grange, MarjolaineCo-auteur : , Eric, 1957-...., docteur en métallurgie, Directeur de thèseCo-auteur collectivité : , Paris, Organisme de soutenance;ENSMP MAT, Centre des matériaux, Evry, Essonne, Organisme de soutenancePublication : 1998Description : 1 vol. (205 p.) ; 30 cmClassification : 001.d.11.g.05_001.d.06.d.04.d_001.b.60.b.20.m ; 530Résumé : Le zircaloy-4 est utilisé comme composant de structure des assemblages combustibles des réacteurs à eau sous pression. Lors du fonctionnement, le matériau est oxydé par l'eau du circuit primaire. Cette oxydation dégage de l'hydrogène qui diffuse dans le matériau et précipité sous forme d'hydrures de zirconium fragiles. Le but de cette étude est de caractériser et de modéliser la fragilisation induite par la précipitation. Dans un premier temps, des essais de traction sur éprouvettes lisses ont permis de caractériser le comportement du matériau, avec et sans hydrures (plasticité, viscosité, anisotropie). Ils ont montré en particulier que le matériau présentait une anisotropie transverse dans le plan de la tôle, la déformation dans l'épaisseur restant très limitée par rapport aux déformations dans le plan. L'effet des hydrures sur la ductilité du matériau a ensuite été déterminé. L'augmentation de la teneur en hydrogène conduit à une diminution linéaire de la ductilité. Le mécanisme de rupture est du type ductile (germination de cavités par rupture des hydrures, croissance, coalescence). L'endommagement introduit par la rupture des hydrures a été caractérisé à l'aide de coupes longitudinales des éprouvettes après rupture. Il a été ainsi possible, par comptage des cavités, de déterminer une loi de germination quantitative dépendant de la déformation plastique et de la teneur en hydrogène. Les observations ont montré que les hydrures pouvaient accommoder la déformation plastique et ceci d'autant mieux qu'ils sont intra granulaires. Les fortes densités de cavités observées nous ont conduits à utiliser la mécanique des milieux poreux à travers le modèle de Gurson-Tvergaard-Needleman pour représenter le comportement et la rupture de la zircaloy-4 hydrure. Le potentiel a été modifié afin de prendre en compte l'anisotropie du matériau, en introduisant une contrainte équivalente au sens de Hill. Les paramètres de comportement, endommagement et rupture ont été identifiés directement à partir des résultats expérimentaux. Le potentiel a ensuite été implanté dans un code de calcul par éléments finis. Les effets de taille de maille sont étudiés à l'aide d'essais de propagation de fissure. La validation du modèle est effectuée sur plusieurs éprouvettes contenant un défaut..Bibliographie: Bibliogr. p. [195-205], 160 réf..Thèse : .Sujet - Nom d'actualité : Zircaloy (marque déposée) -- Propriétés mécaniques ;Zircaloy (marque déposée) -- Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus) Sujet - Forme : Thèses et écrits académiques Sujet : Fragilisation ;Zircaloy ;Hydrogène List(s) this item appears in: typdoc thèse à rajouter
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Bib. Evry
EMC GRAn Sur demande Thèse en ligne EMC GRAn
Bib. Paris
EMP 147. 333 CCL. TH. 927 Available EMP43976D
Bib. Paris
EMP 147. 332 CCL. TH. 927 Available EMP43975D

Bibliogr. p. [195-205], 160 réf.

Thèse de doctorat Sciences et Génie des Matériaux ENSMP 1998

Le zircaloy-4 est utilisé comme composant de structure des assemblages combustibles des réacteurs à eau sous pression. Lors du fonctionnement, le matériau est oxydé par l'eau du circuit primaire. Cette oxydation dégage de l'hydrogène qui diffuse dans le matériau et précipité sous forme d'hydrures de zirconium fragiles. Le but de cette étude est de caractériser et de modéliser la fragilisation induite par la précipitation. Dans un premier temps, des essais de traction sur éprouvettes lisses ont permis de caractériser le comportement du matériau, avec et sans hydrures (plasticité, viscosité, anisotropie). Ils ont montré en particulier que le matériau présentait une anisotropie transverse dans le plan de la tôle, la déformation dans l'épaisseur restant très limitée par rapport aux déformations dans le plan. L'effet des hydrures sur la ductilité du matériau a ensuite été déterminé. L'augmentation de la teneur en hydrogène conduit à une diminution linéaire de la ductilité. Le mécanisme de rupture est du type ductile (germination de cavités par rupture des hydrures, croissance, coalescence). L'endommagement introduit par la rupture des hydrures a été caractérisé à l'aide de coupes longitudinales des éprouvettes après rupture. Il a été ainsi possible, par comptage des cavités, de déterminer une loi de germination quantitative dépendant de la déformation plastique et de la teneur en hydrogène. Les observations ont montré que les hydrures pouvaient accommoder la déformation plastique et ceci d'autant mieux qu'ils sont intra granulaires. Les fortes densités de cavités observées nous ont conduits à utiliser la mécanique des milieux poreux à travers le modèle de Gurson-Tvergaard-Needleman pour représenter le comportement et la rupture de la zircaloy-4 hydrure. Le potentiel a été modifié afin de prendre en compte l'anisotropie du matériau, en introduisant une contrainte équivalente au sens de Hill. Les paramètres de comportement, endommagement et rupture ont été identifiés directement à partir des résultats expérimentaux. Le potentiel a ensuite été implanté dans un code de calcul par éléments finis. Les effets de taille de maille sont étudiés à l'aide d'essais de propagation de fissure. La validation du modèle est effectuée sur plusieurs éprouvettes contenant un défaut.

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