Caractérisation du comportement mécanique de céramiques flexibles à base de titanate d’aluminium en utilisant la corrélation d’images et le recalage par éléments finis
Résumé
La flexibilité des matériaux réfractaires, définie comme leur aptitude à la déformation avant la rupture, est un paramètre essentiel à l’amélioration de leur tenue aux chocs thermiques. Cette propriété peut être développée en modifiant la microstructure du matériau. En effet, dans le cas du titanate d’aluminium (TiAl2O5), la maille orthorhombique confère aux grains une dilatation thermique anisotrope selon les trois axes cristallographiques et conduit à une microstructure microfissurée après frittage. Ce réseau de microfissures va engendrer, lors d’une sollicitation mécanique, un comportement mécanique non-linéaire. Ce dernier permet d’augmenter de manière significative la valeur de la déformation à rupture de ces matériaux, leur attribuant une flexibilité indispensable pour, par exemple, mieux résister à des chocs thermiques sévères. La caractérisation mécanique actuelle de ce type de comportements est obtenue en utilisant les techniques classiques qui sont valides pour les matériaux dont le comportement est purement élastique linéaire. C’est pour cette raison que l’apparition des méthodes optiques de mesures de champs est considérée comme une solution qui permettra une caractérisation mécanique optimale de ce type de matériaux.
Le travail présenté ici est consacré à l’étude de ce comportement non linéaire du TiAl2O5 grâce à des essais de flexion quatre-points associés à la technique de corrélation d’images numériques pour déterminer les champs cinématiques de déplacements et de déformations. Cette méthode optique sans contact permet de mesurer le degré de similarité entre l’image déformée et celle de référence. Les champs mesurés seront comparés avec les champs simulés en utilisant la méthode de recalage par éléments finis. Cette méthode permet la détermination des propriétés élastiques du matériau.
Les champs de déformations expérimentaux mettent en évidence le caractère dissymétrique du comportement mécanique en flexion du TiAl2O5 entre les efforts de traction et de compression. Comme conséquence de cette dissymétrie, la position de la fibre neutre va se déplacer au fur et à mesure que la charge appliquée augmente. Enfin, à partir des champs de déplacements obtenus par corrélation d’images, la méthode de recalage par éléments finis a été développée et utilisée pour déterminer l’évolution des propriétés élastiques du matériau pendant l’essai en utilisant une loi de comportement non linéaire.