Propriétés élastiques effectives des matériaux nanoporeux à cavités sphériques et sphéroïdales - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Matériaux & Techniques Année : 2015

Effective elastic properties of nanoporous materials with spherical and spheroidal voids

Propriétés élastiques effectives des matériaux nanoporeux à cavités sphériques et sphéroïdales

Résumé

This work is devoted to the modeling of the effective elastic properties of nanoporous materials containing spherical and spheroidal voids. The motivation for this work is relative to the behavior of the irradiated uranium dioxide (UO2) studied by the French ”Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire” to investigate the response of fuel rods under a reactivity accident. As a first approximation, this material exhibits two populations of cavities : i. intragranular cavities, almost spherical in shape with a typical diameter of a few nanometers, ii. intergranular cavities, lenticular in shape whose the size ranges from nanometers to few hundred nanometers. Molecular dynamics results show the existence of a non-neglectable surface effect on the effective elastic behavior for uranium dioxide at the nanometric scale. A generalized Mori-Tanaka model based on the morphologically representative pattern approach is proposed to estimate the effective elastic properties of such a material. The surface effect is taken into account by introducing the characteristic lengths of the cavities in the model. The abilities of this model are illustrated in the particular case of a material containing spherical and spheroidal randomly oriented cavities whose the spatial distribution of the centers is isotropic.
Ce travail concerne la modélisation des propriétés élastiques effectives des matériaux nanoporeux contenant des cavités sphériques et sphéroïdales. La motivation de ce travail est relative au comportement du dioxyde d’uranium irradié (UO2), étudié par l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) afin d’estimer la tenue des crayons combustibles lors d’un accident de réactivité. Ce matériau possède deux populations de cavités : i. des cavités intragranulaires plutôt sphériques de quelques nanomètres, ii. des cavités intergranulaires lenticulaires dont la taille varie de quelques dizaines à plusieurs centaines de nanomètres. Des travaux de dynamique moléculaire ont montré l’existence d’un effet de surface à l’échelle des cavités nanométriques dans l’UO2 qui influence le comportement élastique apparent. Un modèle de type Mori et Tanaka généralisé, fondé sur l’approche par motifs morphologiques représentatifs, permettant d’estimer les propriétés élastiques effectives d’un tel matériau est proposé. L’effet de surface présent à l’échelle nanométrique est pris en compte via l’introduction des tailles caractéristiques des cavités dans le modèle. Les possibilités offertes par le modèle sont illustrées dans le cas particulier d’un matériau contenant des cavités sphériques et sphéroïdales orientées aléatoirement et dont la distribution des centres est isotrope.
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Dates et versions

hal-01285056 , version 1 (08-03-2016)

Identifiants

Citer

Xavier Haller, Yann Monerie, Stéphane Pagano, Pierre-Guy Vincent. Propriétés élastiques effectives des matériaux nanoporeux à cavités sphériques et sphéroïdales : Comportement des matériaux nanoporeux. Matériaux & Techniques, 2015, 103 (3), ⟨10.1051/mattech/2015021⟩. ⟨hal-01285056⟩
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