Thèse CEMEF 2018 : Plateforme de simulation numérique pour la fabrication additive par méthode multi-échelle et réduction de modèle.

Description de l'offre

Développer une plateforme de calcul efficace pour la fabrication additive par modélisation multi-échelle et technique de réduction de modèle dans le cadre de la formulation éléments finis (FE) et level-set. La connexion entre les échelles méso- et macroscopique doit être réalisée. L'extension du modèle macro à la technique dite «inherent strain» et la méthode de réduction de modèle (modèle ordre-complet/ordre-réduit) seront implémentées dans la plateforme de calcul.

Description du sujet :

Le CEMEF a développé récemment deux approches pour la simulation des procédés de fabrication additive SLM. Une approche méso dédiée à la simulation du développement des cordons et une approche macro à l'échelle de la pièce (Figure). Toutes deux sont développées dans le cadre de la librairie C++ CimLib du laboratoire. Les développements numériques réalisés dans le projet AM_MULTI étendront la capacité de cette bibliothèque et plus particulièrement son application à la simulation FA.
Trois tâches principales constituent ce projet:

Modèle multi-échelle couplant les modèles méso- et macroscopique. Les informations utiles extraites du modèle méso développé sont considérées comme des données du modèle macro. Inversement, pendant le processus de construction, les conditions aux limites thermiques et mécaniques à appliquer dans le modèle méso peuvent être extraites du modèle macro pour améliorer les résultats des simulations locales.
Extension des capacités du modèle macroscopique [4]. Dans le modèle macro, le dépôt d'énergie et de matière par fractions de couche, couche par couche et super couche est pertinent. Cependant, la résolution mécanique non linéaire est coûteuse pour des pièces de forme complexe. La méthode dite «inherent strain» doit permettre de développer une modélisation macro efficace, car seulement constituée de résolutions linéaires, réduisant ainsi fortement le temps de calcul.
Modèle d'ordre complet/d'ordre réduit pour les études paramétriques. Si le système simulé est de grande taille, les stratégies proposées ci-dessus restent coûteuses pour les études paramétriques définissant les paramètres procédés industriels optimaux. Sur la base de l'expertise de l'auteur [5], le modèle hybride d'ordre complet/d'ordre réduit [6] est proposé pour modéliser le processus de fusion sélective par laser à l'échelle macro dans le cadre level-set avec adaptation de maillage.

L'ambition du présent projet est d'accroître la visibilité du CEMEF et de MINES ParisTech dans le domaine de la modélisation des procédés de fabrication additive, en mettant en oeuvre nos capacités logicielles.

Le doctorant bénéficiera également d'un enseignement avancé et de l'expertise de différents enseignants-chercheurs en informatique scientifique et programmation C ++. De plus, il aura accès à des formations en mécanique des fluides et mécanique du solide, et en métallurgie numérique. Ces compétences lui offriront des opportunités pour développer ses futures activités dans divers secteurs de R&D dans l'industrie. Une autre possibilité est de commencer une carrière scientifique académique.

Références:
[1] Q. Chen, G. Guillemot, C.-A. Gandin, M. Bellet, Additive Manufacturing 16 (2017) 124–137.
[2] Y. Zhang, G. Guillemot, M. Bernacki, M. Bellet, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 331 (2018) 514–535.
[3] Y. Zhang, Q. Chen, G. Guillemot, C.-A. Gandin, M. Bellet, Comptes Rendus à l'Académie des Sciences - Mécanique (2018, accepté, à paraître).
[4] P. Alvarez, J. Ecenarro, I. Setien, M.S. Sebastian, A. Echeverria, L. Eciolaza, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering 2 (2016) 39–46.
[5] Y. Zhang, A. Combescure, A. Gravouil, International Journal for Numerical Methods in Engineering 111 (2017) 176–200.
[6] J. Baiges, R. Codina and S. Idelsohn. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 267 (2013) 23-42.

Plus d'infos sur : http://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-8926

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

Profil recherché

Formation Ingénieur/Master 2, dans le domaine de la mécanique ou des mathématiques appliquées. Etudiant(e) attiré(e) par les problématiques liées à la modélisation et la simulation numérique des phénomènes physiques.

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.