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Dynamique moléculaire appliquée à la corrosion sous contrainte :

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1 Dynamique moléculaire appliquée à la corrosion sous contrainte :
DEA Modélisation et Simulation des Matériaux Dynamique moléculaire appliquée à la corrosion sous contrainte : Développement d’un potentiel d’interaction pour l’oxyde NiO de type EAM Stage du DEA MSM par Mustafa DEMIREL Tuteur : Patrick Arnoux, ingénieur CEA

2 Phénomènes d’amorçage et cinétique de propagation des fissures
Cadre d’étude Laboratoire d'Étude de la Corrosion Aqueuse : Domaine de Recherche : La Corrosion Sous Contrainte Phénomènes d’amorçage et cinétique de propagation des fissures

3 LA CORROSION SOUS CONTRAINTE
Alliages métalliques ductiles dans l’air Mais certains fragiles dans l’eau à 300°C Exemple : Inconel 600 (REP)

4 Objet d’étude : le fond de fissure
Imagerie MET (L.E. THOMAS ET S.M. BRUEMMER )

5 Potentiel d’interaction et Dynamique moléculaire
Point de départ, le potentiel d’interaction inter-atomique la force d’interaction dérive du potentiel : Exemple de potentiel : V(r)=4e[(s/r)^12-(s/r)^6] Equation fondamentale de la mécanique classique : Algorithme de Verlet et/ou prédicateur de Gear Trajectoire : Positions et Vitesses des atomes

6 Modélisation Potentiel EAM Métaux Buckingham Cristaux ioniques
Difficulté : Métaux ET Oxydes Approximation : On remplace l’oxyde par un Métal avec même E0 et B

7 Le potentiel EAM: clef de voûte du succès des simulations
Modélisation Le potentiel EAM: clef de voûte du succès des simulations

8 Grandeurs physiques et simulations Xmd
Grandeurs d’élasticité: C11,C12,C44, B (rigidité), et C’ (cisaillement) + Paramètre de maille A0, énergie de cohésion E0, énergies de surface , énergies de défaut d’empilement: Obtentions : Réponses en énergies de sollicitations mécaniques ou simulation DM (Xmd)

9

10 1ere phase / 2 : Validation de l’utilisation de Xmd (simulations)
Test du potentiel nickel Test du potentiel aluminium Test du potentiel Cuivre Xianwei Sha A. Johnson

11 Simulations (Ce travail) Simulations (Ce travail)
Résultats (1/2) Grandeurs Réf.Exp.[N°9+10] Simulations (Ce travail) Erreur (%) A0 (Angstrom) 4.050 0.0 E0 (eV) -3.36 B (ergs/cm3) 0.790 0.794 0.5 C’ (Ergs/cm3) 0.260 C44_(Ergs/cm3) 0.316 C11_(Ergs/cm3) 1.140 C12_(Ergs/cm3) 0.619 0.621 0.3 g (100) eV/A² -0.071/-0.075 -0.063 11.0 g (111) eV/A² -0.029 0.0* g (110) eV/A² -0.041 E Défaut d’empilement eV/A² / 0.0062 17.0* Al : Grandeurs Réf.Exp.[N°7] Simulations (Ce travail) Erreur (%) A0 (Angstrom) 3.52 3.520 0.0 E0 (eV) -4.45 B (ergs/cm3) 1.810 1.804 0.3 C’ (Ergs/cm3) 0.500 0.496 0.8 C44_(Ergs/cm3) 1.250 1.249 0.1 C11_(Ergs/cm3) 2.470 2.466 C12_(Ergs/cm3) 1.470 1.473 0.2 g (100) eV/A² -0.148 -0.128 13.0 g (111) eV/A² -0.107 0.0* g (110) eV/A² -0.100 E Défaut d’empilement eV/A² 0.0190 0.0198 4.5* Ni :

12 Simulations (ce travail)
Résultats (2/2) Grandeurs Réf.Exp.[N°11] Simulations (ce travail) Erreur (%) A0 (Angstrom) 3.615 3.620 0.1 E0 (eV) -3.540 -3.534 0.2 B (ergs/cm3) 1.383 1.363 1.4 C’ (Ergs/cm3) 0.238 0.240 0.8 C44_(Ergs/cm3) 0.758 0.777 2.5 C11_(Ergs/cm3) 1.700 1.683 1.0 C12_(Ergs/cm3) 1.225 1.203 1.8 g (100) eV/A² -0.111 -0.087 21.0 g (111) eV/A² -0.048 0.0* g (110) eV/A² -0.058 Cu :

13 2 ème phase / 2 : Validation du code GEN_EAM_X (M. Demirel)
Détermination du potentiel nickel Détermination du potentiel aluminium

14 Production du potentiel EAM nickel
Grandeurs Réf.Exp.[N°] Simulations Erreur (%) A0 (Angstrom) 3,52 0.0 E0 (eV) -4,450 -4.452 0.1 B (ergs/cm3) 1.810 1.789 1,2 C’ (Ergs/cm3) 0.500 0.498 0,4 C44_(Ergs/cm3) 1,250 1.218 2,5 C11_(Ergs/cm3) 2.470 2.453 0.6 C12_(Ergs/cm3) 1.470 1.456 0.9 g (100) eV/A² -0.148 g (111) eV/A² -0.132 0.0* g (110) eV/A² -0.109

15 Simulations (ce travail)
Objectif principal du stage : Production du Potentiel EAM de L’oxyde de nickel Grandeurs Réf.Experimentales Simulations (ce travail) Erreur (%) A0 (Angstrom) 3,52 0.0 E0 (eV) -9,5 -9.503 0,1 B (ergs/cm3) 1.450 1.460 0,7 C’ (Ergs/cm3) 0.450 0.411 8,7 C44_(Ergs/cm3) 1,090 1.156 6,00 C11_(Ergs/cm3) 2.110 2,008 4,8 C12_(Ergs/cm3) 1.210 1.187 1,9 g (100) eV/A² -0.290 -0,230 20.7 g (111) eV/A² -0,232 0.0* g (110) eV/A² -0,220

16 Interface métal/oxyde
Fonctionnelle d'Harris Travaux en cours d’approfondissement… Travaux en cours d’approfondissement… E (d) = -E0.(1+d*).exp(-d*) Avec d*= (d-d0)/L

17 Travaux en cours d’approfondissement…
Application : introduction des potentiels dans la situation de fissuration Simulation par P. Arnoux avec les potentiels obtenus par M. Demirel au cours du stage Travaux en cours d’approfondissement…

18 Conclusions Succès : possible emploi de « GEN_EAM_X»
Objectif atteint : potentiel EAM de l’Oxyde Stage de recherche  première étape du sujet de thèse Modélisation et simulation  sujet prometteur et ambitieux


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