Missions

Les pièces obtenues par fabrication additive (métallique, polymère ou béton) sont caractérisées par un fort état de contraintes internes qui sont à l'origine de phénomènes catastrophiques à l'échelle globale comme locale: distortions géométriques, initiation de fissures, flambement en cours de fabrication.. Malgrès le développement de stratégies de diminution des contraintes résiduelles en post-fabrication, celles-ci restent un verrou majeur pour la fabrication de pièces structurelles par fabrication additive, loin des promesses associées à cette famille de procédé concernant les défis sociétaux, technologiques et environnementaux actuels : réduction de la consommation d'énergie, relocalisation et rationalisation des moyens de production, optimisation et fonctionalisation des structures.
Un effort scientifique conséquent est donc associé à la compréhension des mécanismes de génération des contraintes résiduelles pendant la fabrication, avec la formulation de modèles prédictifs variés. Ces développements théoriques s'accompagnent naturellement d'études expérimentales visant à les valider. Cependant, l'état de l'art des méthodes d'estimation de contraintes résiduelles se basent sur une mesure de déformation (ex: méthode du contour, trou incrémental, Diffraction aux Rayons X, etc.). La connaissance necessaire des lois constitutives devient alors extrêmement limitante dans le cas des pièces imprimées, souvent caractérisées par un comportement non-linéaire, anisotrope et hétérogène.
De façon alternative, certaines méthodes d'Evaluation Non Destructive (END) sont formulées sur la théorie de l'acousto-élasticité, qui décrit la réponse d'une structure face à une perturbation dynamique par rapport à une configuration initiale soumise à champ de contraintes internes quasi-statiques. Cette contrainte intervient alors dans les équations du mouvement par le biais (1) d'une variation de la raideur tangente matérielle associée à la non-linéarité du comportement; (2) d'une raideur géométrique faisant directement intervenir le tenseur de contraintes à estimer. Toutefois, ces méthodes d'END par ultrasons se focalisent sur le premier effet -la variation de raideur matérielle- qui, encore une fois, fait l'hypothèse de la connaissance des lois constitutives. L'effet géométrique est donc négligé, car la nature des données experimentales utilisées -une signature ultrasonore mesurée à une fréquence et une position uniques- ne permet pas de séparer les deux effets.
Le projet ANR ITHERATE (In-situ estimation of Transient HEterogeneous Residual stress fields in additive manufacturing via the AcousTo-Elastic effect) se propose de tirer avantage du développement récent et local de méthodes de mesures plein-champ associées à des procédures de traitement de signal de façon à réaliser une analyse large-spectre de la réponse edynamique de la structure d'intérêt à partir de laquelle une estimation de l'état de contraintes internes puisse être envisageable. En particulier, la procédure proposée a le potentiel de produire (1) une mesure directe des contraintes -sans conaissance a-priori de lois de comportement- qui soit (2) résolue en espace et en temps -de façon à caractériser des cotraintes hétérogènes et transitoires- et qui puisse (3) être implémentée in-situ dans le procédé pour analyser la génération des contraintes résiduelles en cours de fabrication.

Activités

Ce projet fondamentalement transverse est au croisement entre études théoriques et expérimentales, associées à de la simulation numérique avancée, des dispositifs expérimentaux originaux et des méthodes de traitement de signal poussées concernant la mécanique des matériaux et l'analyse des procédés, et soulève de nombreux défis à relever. En particulier, l'objectif du post-doctorat est d'établir le cadre de travail rigoureux associé à la formulation et la validation expérimentale de la méthode d'estimation des contraintes proposée:
- problème direct : prédiction numérique de la dispersion des ondes et du comportement modal de structures pré-contraintes
- problème inverse : formulation de la procédure d'estimation des contraintes et quantification des incertitudes
- validation expérimentale sur des cas d'application de complexité croissante : tests uniaxiaux, plaque chauffée controlée, implémentation in-situ en fabrication additive.
The travail attendu devrait permettre de générer des bases de données expérimentales uniques, qui permettront d'aborder la validation des simulations thermo-mécaniques du procédé prédisant les champs de contraintes résiduelles. En conséquence, on s'attend à une contribution majeure pour la compréhension des mécanismes de génération de ces contraintes résiduelles et donc la progression vers une démocratisation du procédé pour la production de pièces structurelles qualifiées. De plus, les retombées de ce travail trouveront des extensions possibles dans différents domaines, que ce soit sur d'autres procédés de fabrication mais aussi d'autres thèmes de recherche comme l'étude des tissus biologiques ou la géophysique.

Compétences

Mécanique des structures, mesures plein-champ, méthodes inverses.

Contexte de travail

Le.la post-doctorat.ante se déroulera au laboratoire PIMM (Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux - UMR CNRS 8006) situé sur le campus de l'ENSAM au coeur de Paris, et qui rassemble des expertises variées composant l'environement idéal pour le déroulement du travail proposé : bancs expérimentaux uniques en fabrication additive, instrumentation avancée en dynamique des structures, dispositifs de mesures de contraintes par Diffraction aux Rayons X (DRX), cluster de calcul haute-performances, etc. Le.la candidat.e sera employé.e par le CNRS pour une période de 18 mois démarrant de façon préférentielle en janvier 2025. Il.elle travaillera en forte interaction avec ses encadrants, l'équipe d'ingénieurs de recherche du PIMM et un étudiant en thèse pour développer les dispositif de mesure in-situ en fabrication additive necessaires à l'obtention des résultats souhaités.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.