Thèse CEMEF 2018 : Modélisation numérique pour l'étude des produits minces sous chargements complexes.

Description de l'offre

Contexte :
La mise en forme de produits minces occupe aujourd’hui une grande place dans l’industrie. Ce type de produit est utilisé pour fabriquer une grande variété des pièces dans les secteurs les plus actifs de l’industrie aéronautique, automobile, énergétique ou du bâtiment. Quelque soit le secteur visé, les objectifs de réductions des coûts et du poids sont prépondérants et conduisent à une diminution systématique des épaisseurs. On constate ainsi que la mise en forme de ces produits, à chaque fois plus minces, pose des difficultés liées à l’apparition de zones d’endommagement. La maîtrise de ces procédés de mise en forme passe par une meilleure compréhension du comportement plastique du matériau (fortement anisotrope) et de l’endommagement qui en découle. La simulation numérique devient ainsi un outil incontournable.

Le logiciel Forge, dédié à la modélisation des matériaux soumis à de grandes déformations plastiques, est un logiciel leader dans le domaine de la mise en forme des produits massifs, et ce notamment grâce à un remailleur automatique performant. Les fonctionnalités actuellement présentes dans Forge limitent cependant son utilisation pour la modélisation des produits minces. En effet, la représentation de produits minces à l’aide d’éléments volumiques tétraédriques nécessite le développement de méthodes numériques adaptées pour une bonne maîtrise du temps de calcul et une gestion efficace du contact. De plus, de telles applications nécessitent d’intégrer des lois de comportement avancées (écrouissages cinématiques, critères anisotropes, modèles d’endommagement dédiés ...) pour modéliser avec précision l’apparition potentielle de zones de striction ou de rupture ou pour prédire correctement les retours élastiques.

Cette thèse vise à améliorer les capacités de Forge à modéliser la mise en forme des produits minces et ce pour des trajets de chargement non proportionnels complexes.

Présentation détaillée :
Une des raisons pour lesquelles les simulations numériques ne sont pas capables de prédire ces zones d’endommagement est liée à la complexité des trajets de chargement imposés à ces pièces. Cette complexité demande une très bonne représentation de la réponse plastique du matériau dont l’anisotropie doit être prise en compte de manière précise.

Le but principal de cette thèse est d’améliorer les capacités de Forge à modéliser des produits minces. Le premier levier sera l’utilisation des lois de comportement mieux adaptées à l’anisotropie des matériaux et ce pour des trajets de chargement non proportionnels complexes.
Ces lois de comportement anisotropes seront implémentées dans une bibliothèque externe qui sera couplée à un solveur mécanique dans Forge. Ce type d’approche donne une plus grande flexibilité pour l’implémentation de nouvelles lois de comportement et permet de séparer la structure des données éléments finis des aspects purement liés aux lois de comportement. Le candidat devra donc avoir un goût prononcé pour le développement numérique dans cadre du calcul parallèle en C++ et Fortran.
Ce couplage nécessite le développement d’une formulation éléments finis adaptée ; le candidat développera une maîtrise avancée des méthodes éléments finis.
Avec les nouvelles lois de comportement anisotrope intégrées dans Forge, le projet s’orientera vers l’amélioration des techniques de modélisation de la mise en forme de produits minces. Pour ce faire, l’application des techniques d’adaptation de maillage anisotrope sera utilisée pour minimiser le temps de calcul requis.

L’impact de l’adaptation de maillage anisotrope et des méthodes pour la gestion du contact dans le cadre de la formulation éléments finis développée sera également étudié. Les développements réalisés dans cette thèse donneront lieu à des publications dans des revues internationales reconnues ainsi qu’à des participations à des conférences internationales dans le domaine de la mécanique numérique. Des collaborations avec l’Université de Rosario (Argentine) et l’Université Catholique de Santiago (Chili) sont prévues.

Candidatures en ligne uniquement sur : http://www.recruitment.cemef.mines-paristech.fr/phd/form1.php

Profil recherché

Diplômé d’une école d’ingénieur ou titulaire d’un Master2, le candidat devra posséder des compétences en mécanique numérique, programmation en C++ et Fortran, comportement mécanique non linéaire des matériaux métalliques et en métallurgie. Il devra également présenter un goût prononcé pour le développement numérique, la programmation et le calcul intensif. Des connaissances dans le domaine de l’anisotropie plastique des matériaux sont souhaitables. Son dynamisme, sa rigueur, sa capacité à travailler en équipe dans un contexte multidisciplinaire et ses compétences en anglais seront également des qualités importantes pour la sélection.

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.