Mécanique

SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

BESSON Jacques

QUILICI Stéphane

Centre des Matériaux

rupture ductile , simulation numérique, fissuration

ductile rupture, Numerical simulation, cracking

La prévision de la résistance à la rupture est essentielle pour garantir la sûreté des installations industrielles (réacteurs nucléaires, pipelines,...), des moyens de transport (avions, automobiles, fusées, ...). L'analyse fine de la rupture est également nécessaire pour certaines opérations de mise en forme comme le pliage ou la découpe. A l'heure actuelle, les méthodes de dimensionnement reposent essentiellement sur des approches dites “globales” qui supposent l'existence d'une fissure et utilisent des quantités issues de la mécanique non-linéaire de la rupture(J,Q). Ces méthodes restent toutefois limitées lorsqu'il s'agit d'analyser des situations complexes : amorçage d'une fissure, chargement non-proportionnel, zones hétérogènes comme les soudures,...

Pour pallier ces difficultés, de nombreux modèles de comportement prenant en compte les mécanismes physiques de dégradation ont été développés. Leur mise en œuvre dans des calculs de structure restent toutefois problématique. Les principales difficultés sont : (i) une dépendance pathologique au maillage (taille, type, orientation), (ii) un verrouillage volumique lié aux grandes déformations plastiques, (iii) la nécessité d'employer un maillage très fin sur le chemin de la fissure. C'est ce dernier point qui sera traité lors de cette thèse. Les deux premiers points ont, quant eux, fait l'objet de travaux antérieurs [1,4,4,1].

/

L'objectif principal de la thèse est de proposer une stratégie permettant de réaliser des simulations de propagation de fissure sur des distances importantes (10 à 100cm) tout en gardant une taille du problème raisonnable (i.e. moins de 10^6 degrés de liberté). Elle devra être adaptée au cadre des grandes transformations. On utilisera des modèles de comportement reconnus [3]. L'emploi de modèles à longueurs internes permettra de s'affranchir de la dépendance au maillage et de simuler des chemins de fissuration non-triviaux (e.g. changement de direction ou passage plan-biseau). A partir des champs continus fournis par ces modèles régularisés, on utilisera une technique récemment développée à l'Onera pour déterminer l'orientation de l'incrément de fissure à insérer par remaillage [2]. Un point dur de cette thèse sera la détermination du moment d'insertion. En effet, d'un point de vue physique, il est nécessaire de vérifier la conservation de l'énergie avant et après insertion. En revanche, du point de vue numérique, il serait souhaitable de ne pas remailler trop souvent la zone d'élaboration de la rupture active (coût du transfert important, risque d'introduction d'erreur lors du transfert des champs présentant de forts gradients). Un compromis devra être trouvé. En avant de la pointe de fissure, une zone finement maillée sera introduite afin de représenter la nouvelle PZ. A contrario, la zone rompue pourra elle être déraffinée. Il faudra cependant prendre garde à ce que le lissage des gradients se fasse suffisamment loin en arrière de la pointe de fissure pour ne pas affecter le calcul. Une base expérimentale existante (acier X65 de pipeline) sera utilisée pour les applications et permettra notamment la vérification des vitesses de propagation.

Directeur de thèse : Jacques BESSON Centre des Matériaux
Co-encadrant : Stéphane QUILICI TRANSVALOR
Co-encadrant externe : S. FELD PAYET ONERA
Partenaire industriel : TRANSVALOR

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : Mécanique numérique - Mécanique des matériaux - Mathématiques appliquées

Le dossier de candidature doit comporter :

- un curriculum vitae détaillé
- une lettre de motivation
- des relevés de notes
- les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation

CANDIDATURE ADRESSÉE PAR MAIL À recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project

Prerequisite (specific skills for this thesis): Applied mathematics, computational mechanics, Mechanics of materials

Applicants should supply the following :
a detailed resume
a covering letter explaining the applicantÂ's motivation for the position
detailed exam results
two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
to provide an appreciation of the candidate
Your notes of M1, M2
level of English equivalent TOEIC

To be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

La thèse fournira une stratégie permettant de réaliser des simulations de propagation de fissure sur des distances importantes applicable à des simulations employant des modèles à longueurs internes. Cette stratégie sera appliquée à une base expérimentale pré-existante pour laquelle des essais à l'échelle 1 sont disponibles.

1. Feld-Payet, S. and Feyel, F. and Besson, J., Finite element analysis of damage in ductile structures using a nonlocal model combined with a three-field formulation, Int. J. Damage Mech., 20, 655-680 (2011).
2 .S. Feld-Payet, V. Chiaruttini, J. Besson, F. Feyel, A new marching ridges algorithm for crack path tracking in regularized ductile media, Int. J. Solids Struct., 71, 57-69 (2015) .
3. Besson J., Continuum models of ductile fracture : a review, Int. J. Damage Mech., 19, 3-52 (2010) .
4. Bargellini R., Besson J., Lorentz E. and Michel-Ponnelle S., A nonlocal Finite Element based on volumetric strain gradient: application to ductile fracture, Comput. Mat. Sci., 45 [3] 762-767 (2009).
5. Y. Zhang, E. Lorentz, J. Besson, Ductile damage modelling with locking-free regularized GTN model, to appear in IJNME.

Contrat de recherche