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Étude microscopique du comportement thermomécanique de matériaux issus de fabrication additive. Vers une compréhension fine de la relation procédé de fabrication - microstructure - comportement mécanique

Étude microscopique du comportement thermomécanique de matériaux issus de fabrication additive. Vers une compréhension fine de la relation procédé de fabrication - microstructure - comportement mécanique

'Étude microscopique du comportement thermomécanique de matériaux issus de fabrication additive. Vers une compréhension fine de la relation procédé de fabrication - microstructure - comportement mécanique'

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

LAHOUIJ Imene

Co-directeur de thèse

BURR Alain

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-2018-etude
Mots-clés

Fabrication additive, Essais mécaniques in situ, microstructure, modèle de comportement

Additive manufacturing, Mechanical tests in situ, microstructure, model of behavior

Résumé

Le travail de thèse comportera trois volets:
• Etude du comportement thermomécanique et tribologique des couches AM pour différentes conditions de dépôts en fonction:
- De la vitesse de chargement avec des essais de micro-indentation et de micro-compression (régime quasi statique ? régime cyclique ? régime dynamique rapide),
- De la température avec des essais de micro-compression (ambiante ? jusqu'à 800°C),
- De l'orientation du chargement (compression, traction et rayage dynamique)
• Suivi des évolutions microstructurales et l'identification des micro-mécanismes de déformation et d'endommagement associés aux différents régimes de chargement.
• En se basant sur ces données, des modèles de comportement seront formulés pour chaque régime de sollicitation.

...

Contexte

La fabrication additive (Additive Manufacturing, AM) par projection de poudre (eg: plasma spray) est en passe de révolutionner la façon dont nous concevons et fabriquons des structures complexes pour l'aérospatiale, l'automobile et diverses applications médicales. L'un des principaux avantages des procédés AM est leur capacité à surmonter les contraintes géométriques imposées par les techniques de fabrication conventionnelles.
Les limites actuelles et le frein au développement de ces procédés sont à chercher dans la qualité microstructurale, voire l'intégrité des matériaux ainsi produits. Du fait de leur mode d'élaboration, les microstructures de couches projetées sont complexes (car fortement hors équilibre) et les propriétés qui en dépendent hétérogènes. Ainsi, la relation entre paramètres de procédé de fabrication AM, microstructures résultantes et propriétés thermomécaniques du produit final n'est pas encore maitrisée.
La consolidation de l'utilisation de ces dépôts AM dans des secteurs industriels de pointe notamment l'aéronautique et le spatial exige donc une maitrise de leur comportement au cours même de la sollicitation, en vue de prédire correctement leur durabilité en conditions de fonctionnement.

Nous proposons pour cela, le déploiement d'une méthodologie expérimentale permettant de solliciter les couches AM à des échelles microscopiques:
• Prenant en considération les hétérogénéités microstructurales de ces dernières (interface, joints de grain, tailles des grains, porosité, composition chimique,…) et leur gradient depuis la surface.
• Donnant accès aux phénomènes physiques locaux responsables des comportements macroscopiques, inaccessibles à présent.

Encadrement

Autre encadrant: Karim INAL

Profil candidat

Diplômé d'une école d'ingénieur ou titulaire d'un Master2, Le candidat devra posséder des compétences en mécanique des matériaux et en métallurgie. Il devra également présenter un goût prononcé pour l'expérimentation, l'observation et l'analyse par des techniques expérimentales de pointe (Essais in situ MEB, EBSD/EDS, DRX, FIB). Son dynamisme, sa rigueur, sa capacité à travailler en équipe dans un contexte multidisciplinaire et international et ses compétences en anglais seront également des qualités importantes pour la sélection.

...

Objectif

L'objectif de ce projet de thèse est d'étudier in situ dans un MEB le comportement mécanique et les évolutions microstructurales correspondantes, des dépôts issus des procédés de fabrication additive (ex : plasma spray et cold spray) sous des chargements thermomécaniques complexes, en vue d'optimiser leurs propriétés d'usage sous différentes conditions de fonctionnement.

Références

...

Type financement

Financement d'un Etablissement d'enseignement supérieur

Partenariat/contrat

Contrat doctoral avec l'école des Mines de Paris.

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