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Conception numérique de matériaux architecturés à instabilités contrôlées (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR8006-JUSDIR-002
Lieu de travail : PARIS 13
Date de publication : lundi 24 février 2020
Nom du responsable scientifique : Justin DIRRENBERGER
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

Les matériaux architecturés sont une classe de matériaux obtenus par un processus de conception visant à remplir un cahier des charges spécifique à travers une fonctionnalité, un comportement ou une performance, induits par un arrangement morphologique particulier entre plusieurs phases. En particulier, les micro-treillis bi- et tridimensionnels sont une sous-classe de matériaux architecturés particulièrement prometteurs en terme de propriétés effectives. Les instabilités de type flambement de la mésostructure sont un des modes de déformation prépondérants des micro-treillis.

Le flambement est souvent considéré comme un phénomène de ruine à éviter, cependant, il n'est pas nécessairement catastrophique et un comportement post-flambement stable est parfois possible. Le méso-flambement peut même être recherché, e.g. pour permettre un contrôle des propriétés fonctionnelles du matériau architecturé. Il a ainsi été montré qu'il était possible d'améliorer la résilience de nids d'abeilles post-flambement via l'introduction d'une hiérarchie dans l'architecture [1].

Par ailleurs, des matériaux qui se densifient par flambements successifs de leur architecture ont récemment été conçus [2]. Un tel phénomène, s'il est contrôlé, peut permettre d'altérer le comportement du matériau par l'application de sollicitations extérieures.

L'objectif du présent projet est de modéliser ce type de comportement particulier aux échelles micro, méso et macroscopique à l'aide d'une approche analytique et numérique. Une validation expérimentale sera menée en partenariat avec les membres du consortium ANR MAX-OASIS. A terme, il s'agira de mettre en oeuvre une méthodologie de conception de matériaux architecturés incorporant cet ingrédient de comportement supplémentaire.

Mots-clés : matériaux architecturés, flambement, mécanique numérique, éléments finis, conception.

Références :
[1] Combescure, C., & Elliott, R. S. (2017). Hierarchical honeycomb material design and optimization: Beyond linearized behavior. International Journal of Solids and Structures, 115, 161-169.
[2] Coulais, C., Sabbadini, A., Vink, F., & van Hecke, M. (2018). Multi-step self-guided pathways for shape-changing metamaterials. Nature, 561(7724), 512-515.

Contexte de travail

Le laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM) rassemble une vaste gamme de spécialistes allant de la mécanique des matériaux et des structures à la métallurgie et la chimie des polymères, des procédés de mise en forme et d'assemblage aux méthodes avancées de la simulation numérique. Les recherches sur les procédés laser et les procédés de mise en forme des polymères s'appuient sur un vaste ensemble de moyens expérimentaux.

Les travaux s'attachent en particulier aux conséquences des procédés sur les propriétés d'emploi, via les défauts et les modifications de microstructures engendrées. Les activités développées en dynamique des structures et en commande et surveillance des systèmes, au-delà de leur justification propre, permettent d'apporter de nombreuses contributions à la compréhension et à la simulation des procédés. Nous pouvons ajouter que le laboratoire possède une compétence bien établie dans le domaine de la durabilité des matériaux, notamment dans le vieillissement chimique matériaux plastiques et la fatigue gigacyclique.

En 2019, le PIMM compte 38 enseignants-chercheurs, 2 chercheurs émérites, 22 personnels techniques et administratifs, 1 chercheur associé, 13 stagiaires postdoctoraux et 67 doctorants, soit un effectif de 143 personnes.

Laboratoire PIMM, Arts et Métiers-ParisTech, Cnam, CNRS, 151 bd de l'Hôpital, 75013 Paris, France.

Formation initiale: mécanique numérique, génie mécanique, physique appliquée, science des matériaux, ou tout autre champ pertinent.

Contraintes et risques

Pas de contraintes spécifiques.

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