Design des Matériaux et des Structures
Mastère Spécialisé
Mastère Spécialisé
Il y a 12 sujets disponibles.
Au cours des dernières années, des ruptures de disque de soufflantes en TA6V ont été observées. A titre d'exemple, un accident est survenu en croisière au-dessus du Groenland le 30 septembre 2017 sur un airbus équipé de moteurs Engine Alliance GP7270 (Pratt & Whitney). Les expertises d'avaries réalisées, par les motoristes, ont conclu à un amorçage prématuré en fatigue sur macro-zones, appelée Micro-Textured Region, avec effet du temps de maintien (Dwell). De ce fait, il convient d'améliorer notre compréhension des mécanismes de déformation et d'endommagement conduisant à un abattement de durée de vie en présence de MTR combiné à du temps de maintien.
Les travaux proposés dans le cadre de ce projet DMS visent à partir de l'analyse de l'existant à évaluer les configurations microstructurales
les plus nocives vis-à-vis de l'effet du temps de maintien à froid. Pour cela, des simulations numériques par la méthode des éléments finis en champ complet (échelle de la microstructure) seront réalisés afin d'accéder aux états de contraintes locaux.
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Tuteurs Centre des Matériaux : H. Proudhon, F. Azzouz, F. N'Guyen Société partenaire : SAFRAN Référence : 01-DMS-2021-SAFRAN
La maîtrise des contraintes résiduelles après l'usinage des pièces critiques représente un enjeu important dans le groupe Safran pour satisfaire les performances du produit définies par les bureaux d'études.
Aujourd'hui, la détermination des conditions d'usinage pour atteindre le niveau de contraintes résiduelles attendu s'effectue par un processus essais/mesures itératif, long et coûteux.
Dans l'optique de générer des gains lors de la mise au point des gammes d'usinage, un accompagnement par simulation est conduit chez Safran Tech. Le projet DMS s'inscrit à l'interface entre les domaines de l'usinage, de la simulation numérique par éléments finis et de la data.
L'objectif du stage est double :
* contribuer à l'intégration, dans l'environnement informatique Safran Tech, d'un outil de simulation haute-fidélité des contraintes résiduelles selon la méthode hybride, puis valider son niveau de maturité à l'aide d'une étude de corrélation essais/calculs;
* à l'aide de l'outil de simulation de contraintes résiduelles haute-fidélité et de mesures expérimentales, contribuer au développement d'une solution alternative de simulation efficace des contraintes résiduelles à l'aide d'un métamodèle construit selon une approche data.
Mots-clés : usinage ; gradient de contraintes résiduelles ; simulation par MEF ; méta-modèle par approche data.
Sujet en cours de construction
Tuteur Centre des Matériaux : D. Ryckelynck Société partenaire : SAFRAN Référence : 02-DMS-2021-SAFRAN
Les procédés de fabrication additive métallique sans fusion (faisant appel à une étape de frittage) offrent des perspectives intéressantes pour produire des pièces aéronautiques traditionnellement réalisées avec des procédés conventionnels. Safran s'intéresse notamment au procédé Metal Binder Jetting consistant à mettre en forme des pièces par projection de liant sur un lit de poudre, lesquelles sont ensuite déliantées et frittées. L'influence de la granulométrie des poudres utilisées n'est pas caractérisée, notamment sur l'étape d'impression. Une étude est donc proposée en ce sens avec des poudres d'Inconel 718, un superalliage base nickel très répandu dans l'aéronautique.
Mots clés : Metal Binder Jetting, poudre métallique, Inconel 718
Sujet en cours de construction
Tuteur Centre des Matériaux : C. Colin Société partenaire : SAFRAN Référence : 03-DMS-2021-SAFRAN
Le groupe Safran est un leader mondial dans la conception, la fabrication et la maintenance de moteurs et d'équipements aéronautiques et spatiaux. Comme dans de très nombreux domaines industriels, la simulation numérique est un outil incontournable pour le dimensionnement et la certification de pièces mécaniques. En mécanique des structures, la construction du modèle de comportement est de première importance pour obtenir des prédictions fidèles des phénomènes mis en jeu. Ce projet DMS se place dans ce contexte : nous chercherons à développer un ensemble d'outils qui permettraient, à partir de données expérimentales, de choisir le bon modèle de comportement et de calibrer ses paramètres.
Mots clés : modèles bayésiens, sélection de modèles, lois de comportement, identification par méthode inverse
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Tuteurs Centre des Matériaux : P. Kerfriden et L. Lacourt Société partenaire : SAFRAN Référence : 04-DMS-2021-SAFRAN
Ce sujet sera réalisé dans le cadre de la Chaire industrielle ANR « MESSIAH » (Mini Eprouvettes pour le Suivi en ServIce des structures avec Application au transport d’Hydrogène) en partenariat avec Air liquide (AL) et Mannesmann Precision Tubes France SAS (MPTFR).
Le programme MESSIAH propose d'utiliser des mini-éprouvettes usinées dans des coupons extraits des installations pour évaluer et suivre la ténacité en service. Ces coupons in situ seront en effet de petite taille (épaisseur : 1-3 mm, surfaces : quelques cm2 ). Les enjeux visés par le projet sont le vieillissement des installations et la prise en compte de nouveaux défis liés à la diminution des propriétés mécaniques du fait de l’hydrogène. L’intérêt du développement de ce type de méthodologie réside dans la possibilité de tester des équipements déjà en place pour évaluer leur comportement dans des conditions prospectives.
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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, A. Meddour, J. Besson Sociétés partenaires : Air Liquide et GRTgaz Référence : 05-DMS-2021-MESSIAH-CDM
La production d’hydrogène « décarboné » est un moyen pour réduire l’empreinte CO2 liée à l'activité humaine. Cet hydrogène pourra être produit par électrolyse de l'eau grâce à de l'électricité produite par des panneaux photovoltaïques, des éoliennes, des hydroliennes ou encore des réacteurs nucléaires. Le gaz ainsi produit devra être collecté et acheminé vers les centres de consommation. Il est envisagé d’utiliser les réseaux de distribution existants (la construction de nouveaux réseaux serait très onéreuse). Il est donc primordial d’évaluer les propriétés mécaniques des aciers faiblement alliés utilisés pour la fabrication des tubes ainsi
que l’évolution de celles-ci sous hydrogène.
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Tuteurs Centre des Matériaux : J. Besson, L. Lacourt Société partenaire : Transvalor Référence : 06-DMS-2021-MESSIAH-TSV
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, les coûts de calcul des composants aéronautique à l'échelle de la pièce prenant en compte les effets de la microstructure sont inenvisageables. Les simulations de structures sont alors réalisées en considérant des comportements matériaux homogénéisés. Cependant, cette homogénéisation du comportement induit une erreur certaine en termes de représentativité physique du modèle.
Afin de pallier ce manque de représentation des phénomènes locaux à l'échelle globale, une approche consiste à recourir aux méthodes de type zoom structural, consistant à coupler au sein d’une même analyse des zones décrites par des modèles à niveau de fidélité différent [1]. Ce type d’approche est peu à peu employée au sein de Safran pour la prise en compte des détails géométriques (micro-perforations) lors du dimensionnement des structures chaudes.
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Tuteurs Centre des Matériaux : B. Marchand Société partenaire : SAFRAN Référence : 07-DMS-2021-SAFRAN
RICE (Research & Innovation Center for Energy) GRTgaz a annoncé le lancement d’un projet de plateforme de recherche, d’innovation et de coopération européenne sur les nouveaux gaz dont l’hydrogène. GRTgaz construit actuellement sur ses installations d’Alfortville (94) un banc appelé « FenHYx », dont la mise en service est en cours. La plateforme FenHYx visera en particulier à reproduire les effets du transport d’hydrogène gazeux sur l’intégrité du réseau, en réalisant des essais à différentes pressions et concentrations d’hydrogène et de méthane (teneur d’hydrogène allant de 0% à 100%).
Les premiers travaux de recherche ont permis de montrer une sensibilité plus ou moins importante des aciers typiquement utilisés par GRTgaz au phénomène de fragilisation par l’hydrogène. Si les propriétés élasto-plastiques semblent peu affectées, des réductions significatives de la ténacité ont quelques fois été observées. Une campagne expérimentale sera donc réalisée pour évaluer les effets de l’hydrogène sur les matériaux de base.
L'objectif du projet est double : il s'agit d'une part d'étudier la ténacité des éprouvettes fissurées en environnement H2, et d'autre part de développer un dispositif de mesures de sans contact à l’extérieur de l’enceinte H2 en vue de mesures locales de type CMOD (Crack Mouth Opening Displacement). Un objectif complémentaire serait de pouvoir piloter l’essai par cet extensomètre optique. Une validation des résultats sera faite par comparaison à des moyens de mesure plus classiques (extensométrie mécanique). Le développement du dispositif sera porté par l'équipe instrumentation du Centre de Recherche du CDM, l'étudiant serait amené à participer au développement des programmes de pilotage avec python.
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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, A. Meddour, B. Marchand et J. Besson Société partenaire : GRTgaz Référence : 08-DMS-2021-GRTgaz
Westlake Global Compounds fabrique des poudres PVC plastifié commercialisées sous la marque Nakan destinées à la fabrication de peaux de tableaux de bord par la technique du slush molding. Après transformation, les peaux sont moussées avec de la mousse polyuréthane sur un support en PP fibré appelé Carrier. Pour faciliter l’ouverture de la trappe airbag, l’ensemble Carrier/Mousse/Peau est fragilisé. Les tests de déploiement airbag sont effectués à des températures allant de -30 à 85°C, les vitesses caractéristiques étant de l’ordre de 25m/s. Sous ces conditions de chargement thermo-mécanique, la peau PVC slush doit se rompre de façon « juste » ductile (thèse C. Bertaux).
Une base de données expérimentale conséquente a déjà été constituée pour la peau PVC slush, complétée par des données sur tirs airbag réels. Ces derniers essais ont été instrumentés par un dispositif de corrélation d’images.
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Tuteurs Centre des Matériaux : L. Laiarinandrasana, C. Ovalle Société partenaire : WESTLAKE Référence : 09-DMS-2021-WESTLAKE
Les pipelines sous-marins sont fabriqués en soudant bout à bout des tuyaux, généralement de 12 m de long, jusqu'à ce que la longueur de pipeline requise soit atteinte. Pour obtenir les performances thermiques nécessaires afin d’empêcher la formation de cire ou d'hydrates qui pourraient bloquer le pipeline pendant le service, un revêtement isolant à base de polymère est souvent utilisé. Les joints de douze mètres sont enduits en usine avant la fabrication de la base de bobine, où un revêtement de joint est appliqué sur site, entre les joints après le soudage de la circonférence.
L'objectif de ce projet est d'étudier les mécanismes de rupture du revêtement polymère utilisé comme isolant thermique de la canalisation . Des travaux de caractérisation permettant de définir les mécanismes précurseurs de la rupture seront réalisés. On se basera en particulier sur une étude de faciès d'échantillons découpés dans les tuyaux pleine échelle. Une comparaison aux faciès des éprouvettes de laboratoire après rupture sera effectuée. La tomographie (ou méthodologie équivalente) sera utilisée pour mieux comprendre le mode de défaillance et l'effet des paramètres de chargement, notamment la température et la vitesse de déformation. Pour compléter l'étude de caractérisation expérimentale, une modélisation par éléments finis sera effectuée pour simuler les essais (à petite et à grande échelle). Le but étant de déterminer un critère d'amorçage de fissures à utiliser pour l'évaluation du risque de défaillance du revêtement avant le déploiement de la canalisation.
Mots clés : rupture fragile, polymère, mécanismes de rupture, fractographie, simulations par éléments finis
Sujet en cours de construction
Tuteurs Centre des Matériaux : L. Laiarinandrasana, C. Ovalle Société partenaire : TECHNIP Référence : 10-DMS-2021-TECHNIP
Pour les besoins du transport sous-marin des produits pétroliers, TechnipFMC fabrique et installe des conduites rigides dans de nombreuses régions du monde à des profondeurs d’eau qui peuvent être très importantes. Selon l’utilisation et la nature du produit transporté, le matériau
de la canalisation rigide est un acier inoxydable ou un acier à carbone avec ajout de plusieurs couches sur la paroi interne qui sont mises en œuvre par procédé métallurgique ou mécanique. Dans le cas du transport sous-marin de fluides corrosifs, les canalisations rigides à revêtement mécanique (Mechanically lined pipe (MLP)), constituées d'une fine couche (généralement 3,0 mm d'épaisseur) d'alliage résistant à la corrosion (liner) et maintenue à l'intérieur d'un tube en acier au carbone par ajustement serré, est une alternative rentable, sur le plan économique, aux pipelines à revêtement métallurgique et opération de laminage à chaud, ainsi que pour le cas de pipelines en acier inoxydable.
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Tuteurs Centre des Matériaux : L. Laiarinandrasana, F. Azzouz Société partenaire : TECHNIP Référence : 11-DMS-2021-TECHNIP
Les aubes de turbine haute pression, positionnées derrière la chambre de combustion du moteur sont particulièrement sollicitées (sollicitations thermiques, thermomécaniques et environnementales). Pour répondre à ces sollicitations, elles sont conçues en superalliage base Nickel, de structure monocristalline (constitué d’une matrice gamma et de précipité gamma’), creuses pour aménager un circuit d’air permettant de refroidir la pièce en fonctionnement et revêtues pour les protéger de l’oxydation. Pour satisfaire les objectifs des projets de moteurs d'avions et d'hélicoptères de Safran Aircraft Engines et Safran Helicopter Engines, SAFRAN a décidé de lancer un projet d'acquisition d’une plateforme de recherche et de maîtrise de la fabrication d'aubes de turbines haute pression de nouvelles technologies. Les 2 principaux leviers identifiés sont : - Les aubes de turbine haute pression, positionnées derrière la chambre de combustion du moteur sont particulièrement sollicitées (sollicitations thermiques, thermomécaniques et environnementales). Pour répondre à ces sollicitations, elles sont conçues en superalliage base Nickel, de structure monocristalline (constitué d’une matrice gamma et de précipité gamma’), creuses pour aménager un circuit d’air permettant de refroidir la pièce en fonctionnement et revêtues pour les protéger de l’oxydation. Pour satisfaire les objectifs des projets de moteurs d'avions et d'hélicoptères de Safran Aircraft Engines et Safran Helicopter Engines, SAFRAN a décidé de lancer un projet d'acquisition d’une plateforme de recherche et de maîtrise de la fabrication d'aubes de turbines haute pression de nouvelles technologies. Les 2 principaux leviers identifiés sont :un design et des technologies plus performantes en terme de refroidissement des aubes de turbines haute pression (enjeux bureau d’Etudes et Matériaux & Procédés); -un système matériaux (superalliage + revêtements (sous-couche de liaison et barrière thermique)) plus performant en terme de tenues mécanique et environnementale (enjeux Matériaux & Procédés).
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Tuteurs Centre des Matériaux : V. Esin, S. Dépinoy Société partenaire : SAFRAN Référence : 12-DMS-2021-SAFRAN
