Design des Matériaux et des Structures
Mastère Spécialisé
Mastère Spécialisé
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La simulation numérique est un outil incontournable pour le dimensionnement et la certification de pièces mécaniques. Cependant, la compléxité des lois de comportement utilisées peut conduire à des simulations beaucoup trop longues pour envisager de quantifier les incertitudes sur les résultats en faisant varier les données d'entrée. Dans ce contexte, la réduction d'ordre de modèle et l'hyper-réduction permettent d'accélérer les calculs ...
Tuteur Centre des Matériaux : David Ryckelynck Société partenaire : SAFRAN Référence : 01-DMS-2019-SAFRAN En savoir plus
Les aubes de turbine haute pression sont des pièces soumises à un environnement extrêmement sévère : elles sont en contact avec des gaz chauds, dont la température dépasse la température de fusion du matériau base nickel utilisé et subissent des efforts centrifuges liés à des vitesses de rotation dépassant 20000 tr/min. L’objectif de l’étude est l’évaluation et la compréhension d’un nouveau système monocristallin constitué d’un superalliage de 3ème génération revêtu g-g'
Tuteurs Centre des Matériaux : L. Nazé, V. Maurel, F. Gaslain Société partenaire : SAFRAN Référence : 02-DMS-2019-SAFRAN
(fiche technique en cours de construction)
Ce stage a pour objectif de réaliser un modèle de simulation de diffraction Laue en transmission sur pièces industrielles à géométries complexes.
Les aubes de turboréacteur qui subissent les plus importantes sollicitations mécaniques endurent des températures de l'ordre de 1700 °C et des vitesse de plus de 20000 tours par minutes. Pour que ces aubes puissent fonctionner dans ces conditions extrêmes, elles sont fabriquéés avec un procédé de solidification particulier leur permettant d'être constituées d'un unique cristal.
La diffraction des rayon X est utilisée depuis de nombreuses années pour quantifier l'orientation de monocristaux.
Le but de ce stage est de simuler le diffraction de Laue en transmission d'aubes en superalliage base nickel sur un système industriel et d'en déduire les conditions optimales du système.
Tuteur Centre des Matériaux : H. Proudhon Société partenaire : SAFRAN Référence : 03-DMS-2019-SAFRAN En savoir plus
De formation céramique ou ayant des bases solides sur les matériaux céramiques, le candidat(e) s’attachera à synthétiser la bibliographie sur le sujet de la fabrication additive par fusion de matériaux céramiques en venant comparer ce mode de fabrication à celui de la solidification dirigée.
A partir de poudres déjà approvisionnées, le candidat(e) composera un nouveau mélange de poudres et le caractérisera en terme de composition chimique, structure cristalline des phases, morphologie, granulométrie, compacité et coulabilité. En se basant sur un premier set de paramètres machine, il conduira une optimisation du procédé en jouant sur certains paramètres matériaux et machine afin d’améliorer la santé matière aux travers des indicateurs taux de pores et densité de microfissures. Une fois la santé matière améliorée et caractérisée, une nouvelle phase d’optimisation des paramètres procédé sera conduite afin de minimiser les contraintes résiduelles dans la pièce, responsables des microfissures restantes. Le candidat(e) utilisera les différentes options de la machine pour réduire les gradients thermiques et la vitesse de refroidissement. A chaque étape du procédé ou de l’avancement de l’optimisation, les matériaux fabriqués seront caractérisés de façon physico-chimique et mécanique (module d'élasticité et ténacité) à l’aide d’un essai de nano indentation. Une fois le jeu de paramètres procédé optimisé, des essais de flexion 3 ou 4 points permettront de quantifier les propriétés mécaniques obtenues en volume et leur dispersion sur état brut de fabrication et après des tests de vieillissement.
Mots clés : Céramique - fabrication additive - comportement mécanique - métallurgie des poudre
Tuteur Centre des Matériaux : C. Colin Société partenaire : SAFRAN Référence : 04-DMS-2019-SAFRAN
La localisation de la déformation plastique dans une fine bande de cisaillement est un type d’instabilité locale qui mène à la ruine des structures métalliques. Ce phénomène est couramment relié au critère de perte d’ellipticité de Rice et à l’apparition de coins sur la surface de charge. Des travaux sont en cours actuellement sur les aspects analytiques et numériques pour la détection de la perte d’ellipticité en grandes déformations élastoplastiques en présence de coins sur la surface de charge. Pour alimenter ces travaux dans le cas de matériaux réels, nous proposons dans ce stage de mener une étude expérimentale et numérique pour la modélisation du comportement complexe des matériaux métalliques poly-cristallins. Le but est d’observer expérimentalement et quantifier la distorsion de la surface de charge au cours du chargement pour un superalliage base nickel.
Tuteurs Centre des Matériaux : S. Forest, M. Mazière, J. Besson Société partenaire : SAFRAN Référence : 05-DMS-2019-SAFRAN En savoir plus
Cette étude s’inscrit dans le cadre de la caractérisation de systèmes (substrat + couches minces) utilisés dans le cas de problématiques de contact.Pour cela deux systèmes seront retenus : un premier système simple substrat + couche mince, et un système complexe substrat + revêtement multicouches.
Dans un premier temps le travail consistera à identifier au travers de la bibliographie le ou les modèles les plus adaptés à la problématique proposée. L’identification des données d’entrée se fera au travers la bibliographie mais surtout de la caractérisation fine via différents moyens tels que la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage pour la caractérisation microstructurale, et la nano/micro indentation pour la caractérisation des propriétés élastiques (module de Young, Coefficients de Poisson …).
Tuteurs Centre des Matériaux : V. Maurel, V. Guipont Société partenaire : SAFRAN Référence : 06-DMS-2019-SAFRAN
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EDF envisage l’utilisation de tuyauteries de PEHD, assemblées par soudage bout-à-bout (avec miroir chauffant) ou par électrosoudage. La géométrie de la zone de jonction entre les tubes de PEHD diffère ainsi selon le procédé d’assemblage. La qualité de la soudure est quant à elle étroitement liée aux conditions de mise en œuvre, en l’occurrence du diagramme temps-température-pression adopté dans le cas d’un soudage bout-à-bout. Ainsi, un défaut d’interpénétration de chaînes de polymère fondu à l’interface entre éléments tubulaires engendre des ruptures fragiles. La dimension relativement grande (diamètre nominal de 160 à 1000 mm) de ces tuyauteries destinées à une exploitation industrielle complexifie la mise en place en laboratoire d’essais mécaniques de qualification à l’échelle 1 tels que requis dans les normes NF EN 12201-2 et 12201-5 d’une part, et ISO 1167-1 et 1167-2 d’autre part. EDF R&D ainsi que les entités d’ingénierie, Direction industrielle (DI) et la Direction Technique (DT) sont partenaires de ce projet industriel.
Tuteurs Centre des Matériaux : L. Laiarinandrasana, C. Ovalle, S. Dang Société partenaire : EDF Référence : 07-DMS-2019-EDF En savoir plus
Le cadre règlementaire, dans lequel GRTgaz évalue la durée de vie des canalisations avec défauts (i.e. le code ARD), impose de garantir la tenue des défauts pour un chargement en fatigue de
30 000 cycles entre 4/7 PMS et PMS, 30 000 cyclescorrespondent à la limite de la zone de fatigue oligocyclique (à faible nombre de cycles). Des crièeres d'analyse en fatigue, permettant d'évaluer la tenue de différentes typologies de défauts parmi lesquelles les d ́efauts de type ”enfoncement”.
Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, A. Meddour Société partenaire : GRTgaz Référence : 08-DMS-2019-GRTgaz En savoir plus
La pose d'inserts pour assurer des fonctions d'assemblage et de liaison dans des structures composites monolithiques ou sandwich est à ce jour essentiellement manuelle et représente un poste de coût important : préparation, pose, collage, ...
Des solutions d'automatisation commencent à émerger sur le marché permettant d'espérer des gains de productivité très importants.
Une analyse bibliographique des technologies émergentes devra être conduite dans un premier temps. Ces solutions devront être mises en perspective des besoins fonctionnels des applications du groupe Safran afin d'apprécier les options technico-économiques les plus prometteuses. Des travaux de caractérisation et modélisation des assemblages seront conduits pour valider les solutions retenues
Mots clefs : structures composites, inserts, assemblages, automatisation
Tuteurs Centre des Matériaux : S. Joannès, C. Ovalle Société partenaire : SAFRAN-Composites Référence : 09-DMS-2019-SAFRAN
Certaines applications automobiles nécessitent des pièces où un amagnétisme stable est demandé. Pour ces applications, qui demandent également un niveau de caractéristiques mécaniques élevé le choix de nuances austénitiques est à privilégier. Cependant, une légère réponse ferromagnétique peut être obtenue selon le procédé de mise en forme de la pièce (transformation à froid, emboutissage...). En effet, pour que ces nuances restent paramagnétiques quelles que soient les conditions d’écrouissage, il est nécessaire d’avoir une austénite stable même écrouie.
Tuteurs Centre des Matériaux : V. Maurel, A. Köster, Y. Bienvenu Société partenaire : RENAULT SA Référence : 10-DMS-2019-RENAULT En savoir plus
Les alliages de fonderie sont utilisés pour la fabrication de pièces moteurs tels que les aubes, les distributeurs et les carters. Du fait du procédé de fonderie, les propriétés mécaniques des pièces de fonderie sont impactées par la présence d'hétérogénéités microstructurales.
Ce travail vise à étudier l'influence des défauts sur la tenue en fatigue des alliages de fonderie. Il s'agira de quantifier la nocivité des différents défauts selon leurs caractéristiques géométriques.
Tuteurs Centre des Matériaux : V. Maurel, H. Proudhon Société partenaire : SAFRAN Référence : 11-DMS-2019-SAFRAN En savoir plus
Les bureaux d'études ont de plus en plus recours aux simulations numériques lors des processus de dimensionnement des pièces aéronautiques.
Si les progrès effectués en la matière permettent de simuler des systèmes physiques de plus en plus complexes, il est nécessaire de pouvoir évaluer le degré de fiabilité des simulations, et d'améliorer la précision des résultats tout en gardant un coût de calcul raisonnable. Il apparaît alors le besoin de contrôle de la qualité d'une simulation numérique au regard des différentes sources d'erreur : discrétisation spaciale (finesse de maillage) et temporelle (algorithmes d'évolution), erreurs de modèle physique et mécanique, etc.
La méthode des éléments finis (EF) est la plus répandue pour le calcul des structures industrielle. Dans ce cadre, on s'intéressera à l'erreur de discrétisation spaciale, qui est définie comme l'écart entre la solution exacte et la solution obtenue par résolution EF du problème discret. En pratique, la solution exacte est rarement connue et la manière dont elle est approchée permet de distinguer les techniques d'estimation de l'erreur à posteriori. Une fois l'obtention d'une cartographie de l'erreur commise, ces techniques permettent par la suite la localisation des zones critiques et la détermination de consignes en vue d'une procédure d'adaptation de aillage automatique, le tout afin d'optimiser les ressources des simulations et atteindre une solution à une précision demandée.
L'objectif de ce stage est de mettre en place et d'étudier la pertinence de plusieurs méthodes d'adaptation de maillage à partir des informations données par l'estimateur d'erreur ZZ2 amélioré.
Tuteurs Centre des Matériaux : B. Marchand Société partenaire : SAFRAN Référence : 12-DMS-2019-SAFRAN En savoir plus
Mannesmann Precision Tubes GmbH, l'un des principaux fabricants européens de tubes de précision en acier sans soudure et soudés, étirés à froid, propose ses produits dans une large gamme de dimensions pour l'industrie automobile et ses équipementiers, dans le domaine de la construction industrielle et de machines ainsi que pour le secteur énergétique.
Les méthodes actuelles de caractérisation des tubes consistent principalement en des prélèvements suivant la direction longitudinale du tube, ce qui dans la plupart des cas suffit à caractériser le matériau pour l'application voulue. L'enjeu du projet proposé serait de mettre en oeuvre une méthodologie pour caractériser le comportement anisotrope de certains matériaux et structures sur la base de prélèvements effectués dans différentes directions.
L'idée in-fine étant d'améliorer les méthodes de production et de caractérisation. Des simulations numériques par la méthode des éléments finis seront prévues en ce sens pour évaluer l'impact de cette méthodologie sur le processus.
Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi Société partenaire : Mannesmann Référence : 13-DMS-2019-Mannesmann
