Simulation du comportement de la silice sous indentation Vickers par la méthode des éléments discrets: densification et mécanismes de fissuration

摘要

Le comportement mécanique des verres sous indentation microscopique est classiquement répertoriée en trois classes : normal, anormal ou intermédiaire selon les mécanismes de déformation et de fissuration. Particulièrement, la silice est un verre typique de la classe dite anormale. Une fois indenté par un indenteur de type Vickers, ce type de verre subit dans un premier temps une forte densification se traduisant par une diminution locale du volume pouvant atteindre 17.4% dans la zone indentée. Ensuite, une fissure conique peut se développer autour de l'empreinte d'indentation avant que d'autres fissures radiales, médianes et latérales apparaissent. Plusieurs chercheurs ont travaillé sur ce type de verre pour comprendre ce comportement dit anormal et plusieurs papiers ont été publiés sur le sujet. Concrètement, tous ces travaux s'accordent à dire que la principale cause de la déformation permanente (densification) de la silice est la pression hydrostatique. Ce travail concerne la mise en œuvre numérique par la méthode des éléments discrets de ce phénomène de densification. Un nouveau modèle spécifique de densification adapté à la méthode des éléments discrets a été développé. Après calibration et validation de ce modèle à l'échelle macroscopique, des simulations d'indentation microscopique avec un indenteur de type Vickers ont été réalisées. Confrontés à des résultats expérimentaux, les résultats numériques obtenus permettent une bonne estimation quantitative de l'état de densification et des mécanismes de fissuration.