Liste des sujets proposés pour la rentrée 2018

Il y a actuellement 8 sujets disponibles.

Sujet 01 : Influence des défauts linéaires en fabrication additive sur la durée de vie
Tuteurs Centre des Matériaux : Vincent Maurel, Alain Köster 
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 01-DMS-2018-SAFRAN

La fabrication additive se développe à grande vitesse dans le milieu industriel aéronautique. Une fois les paramètres de fabrication maîtrisés, il importe de se préocupper de la santé matière des pièces, car celle-ci peut avoir un impact considérable sur leur durée de vie, en particulier si elles sont soumises à des chargements cycliques. L'objectif du projet est la prise en compte des indications volumiques de fabrication additive, notamment les indications linéaires, dans le dimensionnement. L’objectif est de pouvoir statuer sur l’impact de la taille et du nombre de ces indications sur la tenue en fatigue, afin d’élargir les tolérances d’acceptation au juste besoin de tenue mécanique de la pièce. Le projet comporte une part expérimentale, avec des essais mécaniques sur des échantillons produits par les sociétés SAFRAN, et une partie simulation numérique.

Sujet 02 : Simulation du grenaillage d’un super alliage base nickel pour disques de turbines
Tuteurs Centre des Matériaux : Kais Ammar, Farida Azzouz, Serge Kruch 
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 02-DMS-2018-SAFRAN

Un modèle paramétrique pour la simulation du grenaillage, associé à une loi de comportement EVP, a été développé dans le logiciel ABAQUS, puis validé avec des données expérimentales. Le projet proposé vise donc à exploiter le modèle afin de construire une base de données numériques.  Le projet s’articulera autour des points suivants :
• Etude bibliographique sur la simulation numérique du grenaillage.
• Prise en main du modèle paramétrique dans l’environnement de calcul de Safran Tech.
• Participation à la construction d’un plan d’expérience numérique optimisé.
• Mise en place et automatisation d’une stratégie de calcul (sur la base de fonctionnalités ABAQUS existantes) afin de réduire au mieux les temps de calcul actuels (via scripts Python/Fortran et/ou fonctionnalités de restart).
• Construction de la base de données numériques  (lancement des simulations et analyse des résultats).

Sujet 03 : Étude du comportement multi-physique de structures lattice
Tuteurs Centre des Matériaux : Djamel Missoum-Benziane, Samuel Forest
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 03-DMS-2018-SAFRAN

Les procédés de fabrication additive permettent de fabriquer des structures complexes, parmi lesquelles les structures en treillis, dites structures lattice. Celles-ci sont susceptibles d’apporter une valeur ajoutée considérable pour de multiples applications : amortisseur de vibrations et de chocs, filtre, échangeur thermique, pilotage de la rigidité d’une structure,...  mais aussi de jouer le rôle de support de fabrication pour la construction des pièces en fusion laser sur lit de poudre. Pour que les bureaux d’études puissent concevoir des pièces intégrant des treillis, il est nécessaire d’identifier les structures optimales selon l’application visée. L’étude proposée s’inscrit dans ce cadre, et vise à déterminer les types de maille à utiliser selon l’objectif de conception, ainsi que leurs propriétés mécaniques, thermiques, etc.  Le guide de choix, élaboré au moyen de simulations numériques,  tiendra compte des contraintes de fabrication des procédés de fusion laser sur lit de poudre. L’étude s’appuyera sur des calculs éléments finis et de l’optimisation de forme.

Sujet 04 : Mise en forme d'Inconel 738 par fabrication additive : étude d'un traitement thermique de relaxation des contraintes
Tuteurs Centre des Matériaux : Christophe Colin
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 04-DMS-2018-SAFRAN

Le procédé de fusion sélective sur lit de poudre est actuellement très activement étudié, car il offre une série d'avantages pour la fabrication de pièces de petite série. En particulier, la construction de pièces complexes couche par couche apporte des gains de masse conséquents et une réduction des temps de développement. Les paramètres à utiliser sont de mieux en mieux maîtrisés en environnement industriel, néanmoins il reste quelques freins à l'utilisation plus sytématique de la méthode. C'est ainsi que, dans le cas de l'Inconel 738, les contraintes résiduelles peuvent nuire au bon fonctionnement des pièces, voire provoquer la rupture de celles-ci dès la fabrication. Ce projet se propose donc  d'étudier le phénomène d'un point de vue expérimental, en observant les pièces obtenues en suivant différents chemins de fabrication. Le travail à effectuer comporte trois étapes principales comme indiqué ci-dessous.

  • Participation à la fabrication d’échantillons en fabrication additive ainsi que la caractérisation du détensionnement et de la précipitation.
  • Modélisation des cinétiques.
  • Proposition de pistes pour un traitement thermique optimisé.
Sujet 05 : Etude de l’hybridation "composite à matrice organique / métal"
Tuteurs Centre des Matériaux : Sébastien Joannes
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 05-DMS-2018-SAFRAN

L’une des technologies envisagées chez SAFRAN Composites pour la réalisation de pièces de géométrie complexe est l’hybridation métal / composite consistant en un découpage de la pièce par fonctions et une application matériau par zone, tenant compte des avantages et inconvénients de chaque technologie. L’objet du projet est donc l’étude de cette hybridation au traves d'une étude fonctionnelle des solutions du marché, et de la réalisation d’un démonstrateur hybride. Au-delà de la nécessaire étude bibliographique, le projet comportera les étapes indiquées ci-dessous.
• Définition d’un démonstrateur hybride en lien avec les fonctions classiquement recherchées sur les applications du groupe.
• Modélisation du comportement mécanique du démonstrateur.
• Fabrication (sous traitance ou fabrication interne) de démonstrateurs et réalisation d’essais mécaniques (essais statiques, essais thermiques, …).
• Recalage des essais mécaniques.

Sujet 06 : Etude du comportement d’un alliage à solidification dirigée oligogranulaire
Tuteurs Centre des Matériaux : Samuel Forest, Alain Köster
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 06-DMS-2018-SAFRAN

 Le superalliage base nickel à solidification dirigée DS200 est utilisé pour les aubes de turbine basse pression des moteurs CFM56 et Leap. Une des spécificités de ces pièces concerne la microstructure du matériau, constituée de gros grains colonnaires dont l’axe longitudinal est proche de la direction de la force centrifuge. L’intérêt est de limiter la présence de joints de grains orthogonaux à la direction d’effort principal, qui sont fragilisants en fatigue et fluage. Pour le dimensionnement d’une telle structure, il paraît donc important d’introduire dans la modélisation l’aspect oligogranulaire, c’est-à-dire le fait que la réponse mécanique est dictée par les quelques grains qui la constituent. L’objectif principal du projet est de compléter la validation de la loi de comportement du matériau, en étendant au cas des chargements multiaxiaux les études déjà réalisées. Le projet comporte en premier lieu une importante part expérimentale, constituée par des essais biaxiaux sur des éprouvettes cruciformes en DS200 à haute température, Par ailleurs, la simulation numérique est indispensable pour l'analyse des résultats d'essais. Il s'agira de calculs par éléments finis avec un modèle de viscoplasticité cristalline, qui pourra si nécessaire prendre en compte l'endommagement du matériau.

Sujet 07 : Stratégie adaptative de zoom global/local à deux échelles appliquée aux calculs de structures aéronautiques
Tuteurs Centre des Matériaux : Basile Marchand
Société partenaire : SAFRAN 
Référence : 07-DMS-2018-SAFRAN

Les bureaux d’études ont de plus en plus recours aux simulations numériques lors des processus de dimensionnement des pièces aéronautiques. Afin de conserver des durées de calcul raisonnables, les simulations de structures sont  réalisées en considérant des comportements matériaux homogénéisés. Cependant, cette homogénéisation du comportement induit une erreur en terme de représentativité physique du modèle. Celle-ci commence à être maîtrisée dans certains cas, par exemple dans le cas de microperforation. Le projet se propose donc d'adapter des méthodes existantes, afin de mettre en place au cours du calcul une stratégie de zoom automatique susceptible de prendre en compte l’influence de la microstructure locale (échelle mesoscopique) sur le résultat global (échelle macroscopique). Le but final est l'implémentation dans le logiciel de calcul éléments finis Z-set/Zébulon de la méthode choisie et sa validation sur des cas industriels représentatifs. Les applications cibles sont le calcul de composants aéronautiques en matériaux composites tissés, où les zooms locaux permettront de prendre en compte les effets de la topologie du tissage.

Sujet 08 : Validation de méthodes de calcul de contact sous chargement cyclique
Tuteurs Centre des Matériaux : Vladislav Yastrebov

Société partenaire : SAFRAN 

Référence : 08-DMS-2018-SAFRAN

Les moteurs aéronautiques recèlent un grand nombre de cas, tels que l'assemblage aubes-disque, pour lesquels les pièces ne sont pas fixées entre elles, ce qui conduit à des frottements, accompagnés de phénomènes de fatigue ou d'usure. Le code ZSeT utilisé au Centre des Matériaux et à Safran Tech a connu d'importants développements afin de permettre la simulation complète de ce type d'assemblage complexe. Le plus récent est la mise en place de la méthode "mortar" (avec entrée et sortie de contact, et possibilité d'introduire du frottement), qui permet de traiter les chargements cycliques. Le premier objectif du projet est donc de qualifier le niveau de maturation du code et de le valider au moyen d'une série de calculs, d'abord sur des géométries simples (sphère-plan, cylindre-plan), puis sur des géométries plus complexes. Il s'agira d'étudier  la sensibilté des résultats aux caractéristiques  de la simulation numérique (discrétisation, paramètres de la méthode de contact). Par ailleurs, une procédure numérique permet le chaînage de plusieurs applications afin de modéliser la compétition entre l'usure et la fissuration par fatigue. Cette procédure sera évaluée et confrontée à des bases expérimentales disponibles.

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