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Fiche descriptive du sujet de thèse

Optimisation de conception par structure lacunaire multi-échelle (fractale)

Optimisation de conception par structure lacunaire multi-échelle (fractale)

Optimization of the design of multi-scale lacunar structure (fractal)

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

LAIARINANDRASANA Lucien

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactLucien LAIARINANDRASANA
Date de validité

01/10/2021

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Homogénéisation, Fabrication additive, Imagerie 3D, Structure fractale

Homogenization, additive manufacturing, 3D imaging, fractal structure

Résumé

Les développements récents de la géométrie fractale permettent de décrire des structures multi-échelles lacunaires tridimensionnelles déterministes variées et surtout d'en contrôler précisément la géométrie. Les avancées technologiques des procédés de fabrication additive ont déjà montré des possibilités de réalisation de géométries jusqu'alors inaccessibles. Ainsi, la fabrication de matériaux à structure fractale par impression tridimensionnelle est la voie investiguée dans ce projet. Une fois le produit fabriqué, sa tenue mécanique à des chargements thermo-mécaniques est à démontrer. Les observations de la structure initiale et déformée selon un chargement judicieusement choisi, en utilisant l'imagerie 3D (tomographie notamment) sont un outil incontournable pour alimenter la théorie et les simulations numériques.

The recent developments of fractal geometries allow the description of various deterministic 3D and multiscale lacunar structures, namely by better controlling these geometries. The technological advance of additive manufacturing already demonstrated the achievement of complex geometries that could not be so far accessed. The fabrication of fractal structures by using additive manufacturing is investigated in this project. Once the product was manufactured, its integrity when subjected to thermo-mechanical load has to be assessed. The examinations of the initial and the deformed geometries (for a selected loading) by using 3D imaging (namely tomograhy technique) will be carried out so as to feed the theory and the numerical simulations.

Contexte

Économiser de l'énergie par gain de masse, tout en conservant les propriétés mécaniques escomptées est un défi technologique crucial pour les industries. Dans ce contexte, ce sujet propose une nouvelle solution de conception de pièces, soumises à un ensemble de contraintes mécaniques et/ou thermiques. Cette solution exploite des matériaux dont la structure lacunaire est multi-échelle, de façon à utiliser le moins de matière possible. Cette étude rentre dans le cadre du projet ANR ITERATE qui rassemble un partenaire privé (ALTAIR), un partenaire public (le CTIPC) et deux académiques : le LE2I de l’Université de Bourgogne - Franche Comté et le Centre Des Matériaux (CDM) de Mines Paris PSL.

Encadrement

Directeur de thèse : Lucien LAIARINANDRASANA - Centre des Matériaux
Co-directeur de thèse : Alain THIONNET - Centre des Matériaux

Profil candidat

Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum).
Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : Le candidat devra posséder de très solides compétences dans le domaine théorique
de la Mécanique des Milieux Continus et de l'Homogénéisation, ainsi qu'être parfaitement à l'aise avec l'environnement de travail Unix/Linux, la programmation numérique et la technique des Eléments Finis.


Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant’s motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Objectif

L'objectif de ce projet est de mettre au point une méthode d'optimisation topologique à base de structures lacunaires multi-échelles. L'attention sera portée sur les propriétés mécaniques et thermiques des pièces à concevoir, au vu de l'expertise des membres du consortium. La méthode sera appliquée à trois exemples spécifiques issus de cas réels. La validation du concept se fera d'une part, par comparaison des résultats de simulation numérique (en comparaison avec l'optimisation classique) et d'autre part, par fabrication des structures optimisées et réalisation de tests physiques.

Références

L. Laiarinandrasana, O. Klinkova, F. N’Guyen, H. Proudhon, T.F. Morgeneyer, and W. Ludwig. Three dimensional quantification of anisotropic void evolution in deformed semi-crystalline polyamide 6. International Journal of Plasticity, 83 :19–36, 2016.
L. Laiarinandrasana, T.F. Morgeneyer, H. Proudhon, F. N ‘Guyen, and E. Maire. Effect of multiaxial stress state on morphology and spatial distribution of voids in deformed semicrystalline polymer assessed by x-ray tomography. Macromolecules, 45 :4658–4668, 2012.
L. Laiarinandrasana, W. Trabelsi, Q. Roirand, A.R. Bunsell, and A. Thionnet. Modelling of failure of woven composites. part 2 : Experimental and numerical justification of the interzone concept. Applied Composite Materials, 23 (4) :681–705, 2016.
P. Poulet, G. Hochstetter, A. King, H. Proudhon, S. Joannès, and L. Laiarinandrasana. Observations by in-situ x-ray synchrotron computed tomography of the microstructural evolution of semi-crystalline polyamide 11 during deformation. Polymer Testing, 56 :245–260, 2016.
Quentin Roirand, Djamel Missoum-Benziane, Alain Thionnet, and Lucien Laiarinandrasana. Finite element modelling of woven composite failure modes at the mesoscopic scale : deterministic versus stochastic approaches. Continuum Mechanics and Thermodynamics, 29(5) :1081–1092, 2017.

Type financement

Contrat de recherche

Document PDF

https://www.adum.fr/script/downloadfile.pl?type=78&ID=36164

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Fiche descriptive du sujet de thèse - MINES ParisTech
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