Stage CEMEF 2020 : Génération et homogénéisation de VERs de mousses polymère : relation microstructure - propriétés mécaniques

Description de l'offre

Contexte du projet :
Les pressions écologiques et économiques poussent le secteur de l’industrie automobile à faire de plus en plus appel à des pièces d’habitacles ou de structure en matériaux polymères et composites. Les mousses polymères représentent une solution à l’allègement de structures. L’objectif de ces matériaux est via le procédé de moussage d’obtenir des structures de moindre densité (par le développement de microstructures alvéolaires) qui restent compétitives en termes de propriétés mécaniques par rapport à des matériaux polymères à microstructures homogènes. Toutefois, la compréhension du comportement mécanique de ces mousses polymères reste imparfaite due à la complexité de leur microstructure.
Le développement d’outils numériques d’aide au design de microstructure dans le but de générer des matériaux aux propriétés mécaniques répondant à un cahier des charges précis pourrait être une contribution importante à un meilleur contrôle des relations procédé/microstructure/propriétés.

Le sujet :
Dans un sujet antérieur, le Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF) de l’Ecole Mines ParisTech en collaboration avec le Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites (IPC) a modélisé à l’échelle mésoscopique des microstructures de mousses polymères obtenues par injection de polypropylène PP de plaques d’épaisseurs différentes. Les microstructures modélisées au travers de Volumes Elémentaires Représentatifs (VERs) obtenues à partir d’analyses de tomographie ou générées statistiquement à partir d’informations morphologiques (distribution de taille de pores ou de distance entre pores) ont été comparées à des essais de traction réalisés sur ces matériaux (Figure 1). Les simulations de microstructures (réelles ou générées statistiquement) ont permis de reproduire de manière prédictive le comportement mécanique des différents matériaux moussés.

L’objectif de ce stage est d’appliquer et de reproduire la méthodologie de simulation développée précédemment en traction sur des essais de compression. Cette étude permettra de valider la méthodologie numérique pour différents états de contrainte. Le stagiaire devra améliorer le modèle numérique en prenant en compte la sensibilité du matériau à la vitesse de déformation en traction et en compression et simuler des VERs du matériau obtenus à partir de tomographies. Enfin en fonction de l’avancement, il pourra étendre la méthodologie à d’autres matériaux (PA66GF30, PP chargé talc, copolymère ABS-PC, …).

Profil recherché

Niveau Bac + 5 (PFE ingénieur ou M2).
Modélisation éléments finis – comportement des matériaux – bon niveau d’anglais – travail en équipe pluridisciplinaire dans le cadre d’un projet collaboratif.

À propos de Mines Paristech - Cemef

Leader mondial dans le domaine des matériaux, des procédés et de leur modélisation, le CEMEF réalise une recherche partenariale avec l'industrie et forme des experts (doctorats et mastère spécialisé). Pluridisciplinaire, le CEMEF étudie tous les types de matériaux (métaux et alliages métalliques, polymères synthétiques et issus de la biomasse, composites, béton...) et de procédés industriels en s’intéressant aux différentes étapes de la vie du matériau : élaboration -> mise en forme -> traitements thermiques -> assemblage -> propriétés d'usage -> recyclage Elément majeur d’innovation, sa compréhension du comportement des matériaux aux différentes échelles, de l'interaction outil-matière, de l’impact des procédés sur les propriétés finales permet l’optimisation et le développement de procédés de fabrication de plus en plus complexes et contraints (technologie, énergie, environnement…). Il s’appuie sur des approches couplant techniques expérimentales et modélisations numériques Le CEMEF, c'est plus de 160 ingénieurs, chercheurs, étudiants, techniciens, animés par la même curiosité face à la complexité des phénomènes, la même envie de se dépasser pour agrandir le champ des connaissances, le même goût du défi scientifique. C’est un centre de recherche de MINES ParisTech, associé au CNRS.