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H/F Modélisation multi-échelle du comportement thermomécanique d'un composite 3D carbone/carbone

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Informations générales

Référence : UMR5801-GERVIG2-014
Lieu de travail : PESSAC
Date de publication : mardi 19 mai 2020
Nom du responsable scientifique : Dr. Guillaume COUEGNAT ; PR Eric MARTIN
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Contexte:
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Les composites carbone/carbone (C/C) font partie de la famille des composites thermo-structuraux à renfort carbone. Ils trouvent des applications dans les domaines aéronautique et aérospatial grâce à leurs excellentes propriétés thermomécaniques, même à haute-température, à et leur faible densité. Les composites 3D C/C sont constitués d'un assemblage tri-orthogonal de baguettes de carbone renforcées par une matrice ex-brai. Cette structure confère au matériau 3D C/C un comportement thermomécanique particulier, élastique linéaire dans les axes des renforts, et fortement non-linéaire hors-axes. On observe également, suivant les axes de sollicitations, une variation sensible des propriétés mécaniques avec la température. Des travaux précédents ont montré le rôle primordial des interfaces entre baguettes, et entre baguette et matrice, dans le comportement non-linéaire du 3D C/C. Une modélisation multi-échelle incluant des éléments d'interface ad hoc, identifiés à partir d'essais d'indentation, a permis de reproduire les principales caractéristiques du comportement hors-axes du 3D C/C, ainsi que l'évolution qualitative de ses propriétés en température . Plus récemment, des essais complémentaires réalisés sur une variante du matériau 3D C/C ont montré un comportement d'interface différent pouvant amener à une modification de la réponse macroscopique du matériau.

Objectifs:
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L'objectif de ce travail est de poursuivre les travaux engagés et d'améliorer les modèles existants en i) apportant une meilleure compréhension des mécanismes physiques régissant le comportement spécifique des interfaces, ii) en proposant un modèle d'interface permettant de mieux prendre en compte les couplages endommagement/frottement, et iii) en intégrant ces modèles d'interfaces, ainsi que l'endommagement intrinsèque des baguettes et de la matrice dans des simulations par éléments finis. Le but final est de disposer d'un modèle multi-échelle du composite 3D C/C permettant de prévoir son comportement thermomécanique sur une large gamme de température et pour des sollicitations complexes.

Démarche:
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La démarche alliera des aspects expérimentaux et numériques, avec les caractérisations morphologiques et micro-mécaniques du matériau et de ses interfaces, possiblement couplées avec des observations in situ (microscopie optique ou électronique, micro-tomographie X), le développement de lois de comportement des interfaces endommageables et la réalisation de simulations numériques.

Contexte de travail

Thèse financée par le CEA.

Le LCTS est un laboratoire qui est localisé sur le campus bordelais; c'est une unité mixte à quatre tutelles - le CNRS, l'Université de Bordeaux, le groupe Safran et le CEA. Il totalise déjà 30 ans de recherches amont sur les composites réfractaires, matériaux très hautes performances employés dans l'aéronautique, le spatial et le domaine de l'énergie. C'est une équipe unique travaillant en mode projet en partenariat étroit avec ses cotutelles non-académiques. Il y a actuellement 33 personnels permanents, une vingtaine de doctorants et 4 post-doctorants.

Contraintes et risques

Travail en zone ZRR.
Quelques déplacements à prévoir au Centre CEA du Ripault (38)

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