Modelling viscoplastic behavior of anisotropic polycrystalline ice with a self-Consistent approach

Abstract

A ViscoPlastic Self-Consistent (VPSC) model has been applied to polycrystalline ice in order to characterize the relation between the texture of the material and the instantaneous anisotropic mechanical behavior. We assume that ice crystals deform by basal, prismatic, and pyramidal slip. The resistance of these slip systems is determined by an inverse approach, based on the comparison between model results and results of several mechanical tests. The VPSC model well reproduces all experimental macroscopic behavior only if we introduce a small—but not negligible—amount of pyramidal slip, which is not observed experimentally. The introduction of this probably unrealistic slip system possibly corrects the errors linked to the assumptions of the model, that we discuss. We finally use the model to describe the behavior of some typical polar ices in relation to the symmetries of the texture.

Résumé

On applique un modèle autocohérent viscoplastique (VPSC) à la glace polycristalline dans le but de caractériser la relation entre la texture du matériau et son comportement mécanique anisotrope instantané. On suppose que les grains de glace se déforment par glissement basal, prismatique, et pyramidal. La résistance de ces systèmes de glissement est déterminée par une méthode inverse basée sur la comparaison des résultats du modèle à ceux d'essais mécaniques. On montre que le modèle VPSC permet de bien reproduire les comportements macroscopiques expérimentaux seulement si l'on introduit une activité pyramidale faible—mais non négligeable—qui n'est pas observée expérimentalement. L'introduction de ce système de glissement probablement irréaliste pourrait être une manière de corriger les erreurs liées aux hypothèses du modèle, que l'on discute. On utilise enfin le modèle pour décrire le comportement mécanique de glaces polaires typiques en relation avec les symétries de la texture.