Examination du processus de fragmentation multiple et du comportement post-fragmentation de céramiques d'alumine dense et nacrée au moyen d'expériences d'impact tandem et d'analyse tomographique

Supplementary material associated with this article can be found, in the online version.International audienceDuring the impact by an armour-piercing projectile against a bilayer ceramic/backing protective system, dynamic tensile stresses are generated leading to the inception and the propagation of numerous and oriented cracks. This intense tensile damage, called fragmentation, affects the performances of the shielding and its capacity to resist to multiple impact. The residual confined strength of a fragmented ceramic is relatively weak compared to its undamaged compressive strength, however not negligible. Characterising the dynamic behaviour of a pre-fragmented ceramic is then of interest to design improved armour solutions. In this work, an impact configuration called tandem test, which consists in a normal impact followed by a penetrating impact, is applied to two alumina ceramics with different microstructures: a conventional 98% pure alumina compared to a bioinspired brick-and-mortar ceramic called “MAINa” (a nacre-like alumina) which exhibits higher flexural strength and fracture-toughness. Following the normal impact tests, a fragments size analysis is conducted by means of X-ray micro-computed tomography distribution, which reveals that the mean fragments size is significantly larger in the nacre-like alumina, thus demonstrating a correlation between the fragments size and the penetrating resistance of fragmented alumina ceramic. Finally, the strength of both alumina ceramics in their fragmented state is identified based on an inverse approach in which the penetrating tests are numerically simulated considering the Drucker-Prager model.Durant l'impact d'un projectile pénétrant les blindages contre système de protection bicouche céramique/backing, des contraintes de tension dynamiques sont générées menant à la création et à la propagation de nombreuses fissures orientées. Cet endommagement intense, appelé fragmentation, affecte les performances du blindage et sa capacité à résister à un impact multiple. La résistance confinée résiduelle d'une céramique fragmentée est relativement faible comparée à sa résistance non endommagée en compression, cependant non négligeable. Caractériser le comportement dynamique d'une céramique pré-fragmentée est alors d'intérêt pour concevoir des solutions de blindage améliorées. Dans ce travail, une configuration d'impact appelée essai tandem, qui consiste à un impact normal suivi d'un impact pénétrant, est appliqué sur deux céramiques d'alumine avec des microstructures différentes : une alumine conventionnelle pure à 98 % comparée une céramique brique-et-mortier bio-inspirée appelée "MAINa" (une alumine nacrée) qui expose une résistance à la flexion et une ténacité plus grandes. À la suite des essais d'impact normal, une analyse de la taille des fragments est conduite au moyen d'une distribution par micro-tomographie aux rayons X assistée par ordinateur, qui révèle que la taille moyenne des fragments est significativement plus large dans l'alumine nacrée, démontrant ainsi une corrélation entre la taille des fragments et la résistance à la pénétration d'une céramique d'alumine fragmentée. Enfin, la résistance des deux céramiques aluminées est identifiée basée sur une approche inverse dans laquelle les essais de pénétration sont simulés numériquement en considérant un modèle de Drucker-Prager