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L1 L2 L3 L4

Caractérisation et modélisation des mécanismes d’endommagement de tubes composites SiC/SiC

Yang Chen1,2, Lionel Gélébart1, Michel Bornert2, Camille Chateau2

Contexte & objectifContexte industriel

Gainage du combustible nucléaire

dans les réacteurs rapides à gaz

Matériau étudié: Tube composite SiC/SiC

Essais in situ sous tomographie à rayons X

SiO2

Simulation numérique par la méthode FFT

Conclusion

Objectif: Caractérisation 3D des

mécanismes d’endommagement

Concept « sandwich »

SiC/SiC

Liner métallique

Essais in situ tomographie X

Caractérisation 3D:

Microstructure

Déformation

Fissures

Traitement

d’image

Mesure de

champs (DVC)

réfé

rence

défo

rmé

e

fissures

so

ustr

aite

Soustraction d’image

fissures

Corrélation d’image volumique

Traitement d’artefacts

fissures

Détection de fissures

Vide: propriétés nulles

Image tomographique sur le tube non-endommagé

B BBBB

ste

p1

ste

p2

ste

p3

ste

p4

ste

p5

Coupe B dans le plan rz

B

Orientation locale des fissures

Initiation & propagation des fissures

L1 L3L4L2

Valeur moyenne des contraintes principales maximales dans la phase solide

Essais in situ sous tomographie X fournissent des observations

sur les phénomènes d’endommagement en volume

Initiation des fissures

Chemin de propagation des fissures

Géométries 3D des fissures

Simulation numérique par la méthode FFT

Distribution de contrainte

Initiation des fissures

Projection selon la direction radiale

Non-linéarité Microfissuration ?

Deux familles de fissures:

Circonférentielles

Dans le plan

Fissures dans le plan

la déviation des fissures

circonférentielles

Initiation des fissures

Aux bords des torons

Propagation des fissures:

fissures circonférentielles

peuvent traverser des

torons

fissures dans le plan sont

guidées par les fibres

adjacentes

Code massivement

parallélisé

AMITEX_FFTP

Contrainte

principale

maximale

Taille de cellule d’entrée:

1993x1993x1680

6,7 milliard d’éléments

1 CEA Saclay /DEN/DMN/SRMA/LC2M; 2 Université Paris-Est, Laboratoire Navier UMR 8205, Ecole des Ponts ParisTech, IFSTTAR, CNRS UMR 8205

Fissures détectées

par la tomographie X

à la première étape

d’endommagement

Concentration de contrainte Bords des torons

Fissures détectées connectées aux zones de concentration de contrainte

Forte concentration de contrainte

liée à la microstructure du tressage

RemerciementLe travail a été soutenu par le programme du CNRS « défi NEEDS Matériaux »

Transformation

Loi élastique isotrope

Chargement : traction uniaxiale Ezz = 1%

Conditions aux limites périodiques

Bon accord

Matériau poreux, multi-échelle

Micropore

Macropore

tressage • Fibre: Hi-Nicalon S

• Matrice: SiC

• Interphase: PyC(~30nm)

Vue des constituants

Φ ≈ 5mm

matrice

fibre

interphase