Multiscale modelling of indentation in FCC metals: From atomic to continuum

This work presents numerical simulations of indentation at different scales. The indentation test is chosen to illustrate the multiscale approach used in most modern studies of crystalline plasticity. The multiscale approach proposed in this work consists of passing information from one model up to another model operating at an upper scale. At the atomic scale, molecular dynamics simulations give access to the shape and position of the first dislocations induced by indentation. This information is then passed to a dislocation dynamics model that can simulate dislocation organization while the loading proceeds. At the continuum level, finite element simulations are conducted within the framework of crystal plasticity. The constitutive equations used in the continuum model are informed by dedicated dislocation dynamics simulations. Finite element simulations are quantitatively compared to experimental data demonstrating that the dislocation dynamics computations are pertinent.

RésuméCet article présente plusieurs simulations d'indentation à différentes échelles. L'essai d'indentation est choisi pour illustrer les démarches multiéchelles utilisées classiquement dans les études modernes de la déformation plastique des matériaux cristallins. L'approche multiéchelle proposée consiste en un chaînage de codes : les informations obtenues par un modèle sont utilisées par le modèle fonctionnant à l'échelle supérieure. A l'échelle atomique, des simulations de dynamique moléculaire déterminent la forme et la position des premières dislocations induites par l'application d'un indenteur. Ces informations sont utilisées par le code de dynamique des dislocations qui peut simuler l'organisation des dislocations lorsque le chargement se poursuit. A l'échelle des milieux continus, des simulations d'indentation sont menées par éléments finis dans le cadre de la plasticité cristalline. Les lois de comportement utilisées sont identifiées par des simulations spécifiques menées par dynamique des dislocations. Les simulations par éléments finis sont alors comparées quantitativement aux observations expérimentales démontrant ainsi la pertinence du modèle et des données introduites.