Design des Matériaux et des Structures
Mastère Spécialisé
Mastère Spécialisé
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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.
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 :
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Tuteurs Centre des Matériaux : Christophe Colin Société partenaire : CETIM Référence : 09-DMS-2018-CETIM
Le procédé de fusion laser est utilisé dans le domaine de l’outillage depuis une dizaine d’année. Il offre la possibilité de réaliser des canaux internes permettant d’optimiser la régulation thermique en injection plastique. Le gain de productivité par l’optimisation des canaux de régulation thermique peut atteindre 20 à 50% de productivité selon les cas. Le matériau utilisé principalement pour ces applications reste aujourd’hui l’acier Maraging 1.2709. D’autres applications d’outillages permettraient de profiter des avantages offerts par la fusion sélective par laser. Cependant, les matériaux maitrisés aujourd’hui avec ce procédé limitent le champ d’applications à d’autres types d’outillages (fonderie sous pression, forge,…). Dans ce contexte, nous proposons de mettre en oeuvre un acier à outil de type H13 par fusion laser via la machine développée par le CDM.
Tuteurs Centre des Matériaux : Yazid Madi, Abdennour Meddour et Jacques Besson Société partenaire : GRTgaz-RICE Référence : 10-DMS-2018-GRTgaz-RICE
L'étude traite de l’intégrité des canalisations de transport de gaz pour des clients en France et à l’étranger. Celles-ci sont soumises à des efforts provenant d'une utilisation normale (variations de pression dues à la distribution) et d'évènements exceptionnels (contact avec un engin de chantier, déplacement d'une tuyauterie présentant des soudures), qui peuvent avoir un impact sur les défauts potentiellement présents dans le métal de base ou dans les soudures. Dans ce cas, il est important d’évaluer la capacité du pipeline à résister aux chargements en service (pression interne) par des essais sur structure qui nécessitent de gros moyens expérimentaux.
Tuteurs Centre des Matériaux : Lucien Laiarinandrasana Société partenaire : TOTAL Référence : 11-DMS-2018-TOTAL
Pour assurer le transfert d'huiles sur les champs pétroliers entre les supports flottants récupérant le brut et les tankers transportant l’huile traitée, des bouées de déchargement sont installées en mer à 1,5 milles nautiques des unités de production. Ces lignes de transferts, appelées Oil Off Loading, OOL, sont des tubes de gros diamètres, entre 16’’ et 20’’, coûteux et compliqués à installer. Total, depuis deux ans a travaillé sur un système alternatif, économiquement intéressant et beaucoup plus facile à installer. L’objectif de cette étude consiste à étendre la base de données expérimentale existante aux essais à faibles charges donc à longue durée.
Tuteurs Centre des Matériaux : Lucien Laiarinandrasana Société partenaire : Trelleborg
Référence : 12-DMS-2018-Trelleborg
Le site Trelleborg de Clermont—Ferrand produit des tuyaux flexibles pour le transfert de tout type de fluides. En particulier, le département Oil & Marine s’est spécialisé sur les flexibles dédiés au transfert de pétrole et de gaz en milieu marin. Avec le support de Total, Trelleborg Oil & Marine travaille depuis 2009 sur le développement d’un flexible dédié au transfert en mer de gaz naturel liquéfié (GNL), destiné notamment à l’équipement de futures installations offshore de production de gaz (FLNG). Disposant de bancs de tests permettant de réaliser des essais statiques et dynamiques sous pression d’azote liquide, à une température un peu inférieure à celle du GNL, nous avons qualifié notre flexible selon la norme définie pour ce type de produit (EN1474-2). Un des essais les plus déterminants est l’essai de fatigue, consistant à soumettre le flexible à l'échelle 1 à de multiples cycles de flexion, le tuyau étant maintenu pendant le test sous pression d’azote liquide. L’objectif est de garantir une durée de vie en service, pour des conditions d’opération données.
L'objectif du projet est dédié à la compréhension du comportement cyclique de la gaine en polyéthylène et à l'établissement de la courbe de fatigue.
--fiche en cours de construction --
