SImulation des Matériaux et des Structures

LE CONTEXTE SCIENTIFIQUE

L'objectif du pôle SIMS (Simulation des Matériaux et des Structures) est de disposer de bonnes représentations du comportement et de la rupture des matériaux dans des codes de calcul. On compte donc des études avec une forte composante numérique incluant le développement des logiciels, et des recherches menées en collaboration avec d'autres équipes, permettant de mettre en regard les modèles développés avec des résultats expérimentaux. Les collaborations se font avec de nombreuses équipes extérieures françaises ou étrangères.

Cette activité s'appuie sur le groupe fonctionnel qui développe et maintient les moyens informatiques du Centre des Matériaux, en particulier les calculateurs parallèles.

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Les thèmes de recherche

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MÉCANIQUE DIGITALE

 

Ce thème met en avant l’interaction entre différents axes de recherche tels que : l’acquisition d’images 2D, 3D et 4D, la mesure de champs thermomécaniques, l'analyse d'images et le maillage à partir d’images expérimentales ou issues de modèles aléatoires, le calcul intensif, la réduction des modèles et le traitement des données massives qu’elles soient d’origine expérimentale ou générées par des simulations. Il concerne le développement de méthodes numériques pour le traitement des données. Par exemple, la réduction des modèles non linéaires s’est largement inspirée de méthodes développées pour le traitement d’image. Dans l’hyper-réduction, un modèle mécanique défini sur un maillage réduit permet d’avoir une estimation d’un champ de contrainte complet.

La représentation tensorielle des données est le cadre formel adéquat pour faciliter la comparaison de ces approches. A l’avenir, de nouveaux protocoles de collaboration vont se développer dans le cadre de la mécanique digitale. Cela concernera les moyens technologiques mis en œuvre (moyens d’acquisition, de stockage des données, de calcul …), les méthodes numériques développées, mais également les méthodes de travail en incluant la formation des techniciens et des ingénieurs.

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CALCUL DES STRUCTURES ET DES MICROSTRUCTURES

Les lois de comportement élasto-visco-plastiques des matériaux constituent aujourd'hui un arsenal applicable aux différentes échelles de l'ingénieur : des composants industriels des transports et de l'énergie où l'efficacité de la formulation et de la programmation est au premier plan jusqu'à la description détaillée des éléments de matière, polycristaux et composites aux morphologies complexes.

Les approches multiéchelles permettent de construire une hiérarchie de modèles partant de la plasticité cristalline pour les métaux aux modèles multi-mécanismes de la plasticité macroscropique. La validation de ce corpus de lois passe par la confrontation aux mesures de champs 2D, 3D et 4D : champs cinématiques, de températures, de déformation élastique et d'orientation cristalline ou des chaînes polymères.

La mécanique des milieux continus généralisés est mise à contribution pour décrire les effets d'échelles sur la viscoplasticité des métaux et des polymères : effets de tailles de grains, de précipités, de pores, etc. Enfin la méthode des champs de phase couplée à la mécanique a pour objectif de simuler les évolutions de microstructures (changements de phases, migrations d'interfaces et joints de grains, oxydation...) sous sollicitation mécanique.

                   

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INSTABILITÉS / ENDOMMAGEMENT / RUPTURE

La déformation excessive monotone ou cyclique et le vieillissement des matériaux et des structures conduisent au développement d'instabilités allant de la striction à la localisation en bandes de cisaillement ou de Portevin - Le Chatelier, pour conduire finalement à la rupture. La détection de ces modes et la simulation des états de post-bifurcation et de propagation de fissures nécessitent des méthodes de régularisation basées sur la mécanique des milieux continus généralisés (approche micromorphe de la plasticité et de l'endommagement à gradient).

 

 

 

Le passage de la localisation à l'amorçage de fissure et à la propagation reste une difficulté majeure même si les progrès récents validés par la confrontation aux mesures de champs cinématiques 2D et 3D montrent la pertinence des lois de comportement et d'endommagement développées. Ces modes d'instabilités sont également présents au sein de la microstructure des matériaux. La question de transmission des instabilités microscopiques à la localisation macroscopique est largement ouverte aujourd'hui. La compréhension de ces mécanismes permettra d'optimiser l'architecture des matériaux.

 

 

               

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Les dernières publications

+ de publications

 

Anna Ask, Samuel Forest, Benoit Appolaire, Kais Ammar. Microstructure evolution in deformed polycrystals predicted by a diffuse interface Cosserat approach Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences, SpringerOpen, 2020, 7 (1), ⟨10.1186/s40323-020-00146-5⟩

I.B.C.M. Rocha, P. Kerfriden, F.P. van der Meer. Micromechanics-based surrogate models for the response of composites: A critical comparison between a classical mesoscale constitutive model, hyper-reduction and neural networks European Journal of Mechanics - A/Solids, Elsevier, 2020, 82, pp.103995. ⟨10.1016/j.euromechsol.2020.103995⟩

Raphaël Langlois, Raphael Cusset, Jerome Hosdez, Vincent Bonnand, Benoît Blaysat, Léa Menut-Tournadre, Jan Neggers, Michel Coret, Joseph Henry, Véronique Doquet, Michel Grediac, Vincent Chiaruttini, Martin Poncelet, Henry Proudhon, Nathalie Limodin, Julien Rethore. Multi-partner benchmark experiment of fatigue crack growth measurements. Experimental benchmark on fatigue crack growth with mixed mode aspect and plasticity effect Preprint, 2020

Pauline Bonnet, V. A. Yastrebov, P. Queutey, Alban Leroyer, Anne Mangeney, Olivier Castelnau, A. Sergeant, E. Stutzmann, J-P Montagner. Modelling iceberg capsize in the open ocean Preprint, 2020

Aurélien Fouque, Alexandre Bonhomme, Georges Cailletaud, François Chaudot, Vladimir A. Esin, Frédéric Houzé, Romaric Landfried, Marina Lisnyak, Jean-Luc Ponthenier, Philippe Teste. Estimation of the power flux supplied by an electric arc to Ag-SnO2 electrodes based on cross-section observations of the melted zone European Physical Journal: Applied Physics, EDP Sciences, 2020, 89, pp.20901

Youssef Hammadi, David Ryckelynck, Amin El-Bakkali. Reduced Bond Graph via machine learning for nonlinear multiphysics dynamic systems Preprint, 2020

Yazid Madi, Yasuhiro Shinohara, Jacques Besson. Effect of prestrain on ductility and toughness in a high-strength line pipe steel International Journal of Fracture, Springer Verlag, 2020, ⟨10.1007/s10704-020-00442-6⟩

Laurent Lacourt, David Ryckelynck, Samuel Forest, Victor Rancourt, Sylvain Flouriot. Hyper‐reduced direct numerical simulation of voids in welded joints via image‐based modeling International Journal for Numerical Methods in Engineering, Wiley, 2020, ⟨10.1002/nme.6320⟩

Eeva Mofakhami, Sylvie TencÉ-Girault, Jonathan Perrin, Mario Scheel, Laurent Gervat, Cristian Ovalle Rodas, Lucien Laiarinandrasana, Bruno Fayolle, Guillaume Miquelard-Garnier. Microstructure-mechanical properties relationships in vibration welded glass-fiber-reinforced polyamide 66: A high-resolution X-ray microtomography study Polymer Testing, Elsevier, 2020, 85, pp.1-12. ⟨10.1016/j.polymertesting.2020.106454⟩

Ashok Rajpurohit, Sébastien Joannès, Vicky Singery, Philippe Sanial, Lucien Laiarinandrasana. Hybrid Effect in In-Plane Loading of Carbon/Glass Fibre Based Inter- and Intraply Hybrid Composites Journal of Composites Science, MDPI, 2020, 4 (1), pp.6. ⟨10.3390/jcs4010006⟩

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