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POURVU - Prédiction rapide de la qualité de pièces de fonderie par imagerie 3D et calculs mécaniques

POURVU - Prédiction rapide de la qualité de pièces de fonderie par imagerie 3D et calculs mécaniques

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Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

PROUDHON Henry

Co-encadrant

RYCKELYNCK David

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactHenry Proudhon
Date de validité

01/10/2019

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr
Mots-clés

superalliages , durée de vie, Eléments Finis, tomographe , essais mécaniques, simulations

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Résumé

Cette thèse a pour but de développer une chaîne d'analyse permettant d'améliorer l'évaluation des zones de criticité et de la durée de vie d'éprouvettes et d'aubes de turbine HP en superalliages bases Nickel monocristallines. Pour cela, il est nécessaire de pouvoir appliquer les lois matériaux de comportement et d'endommagement sur des géométries et des caractéristiques matériaux les plus représentatifs possible de l'objet analysé. Les tomographes nouvelles générations donnent accès à la géométrie interne et externe des aubes avec des résolutions meilleures que 50 µm [1]. La connaissance de l'orientation cristalline est également fondamentale et elle peut être mesurée par diffraction RX. Afin de calculer les caractéristiques de l'aube à partir de ces mesures il faut à la fois être capable de numériser ces éléments pour leurs appliquer des calculs par Eléments Finis (EF), et que le modèle mécanique donne des valeurs pertinentes avec un temps de calcul acceptable. Connaître les géométries réellement critiques permettrait à la fois de diminuer le taux de rebut en acceptant des pièces finalement bonnes et d'améliorer la des pièces en ayant des analyses plus précises. Cela pourrait permettre notamment une accélération du processus de dérogation, c'est-à-dire être capable d'établir la durée de vie d'une pièce hors critère, afin de pouvoir choisir si elle peut être montée sur moteur selon la durée de vie estimée. L'objectif de cette thèse est d'être capable de hiérarchiser des éprouvettes réelles complexes en fonction de leur durée de vie à partir d'une numérisation de celles-ci et de valider ces simulations à partir d'essais mécaniques. Cela devra permettre de développer une part des maillons utiles pour aller vers un outil d'aide à la sanction des aubes de turbines.

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Contexte

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Encadrement

Henry Proudhon Directeur de thèse Centre des Matériaux
David Ryckelynck Co-directeur Centre des Matériaux
Clément Remacha SafranTech (Genevilliers)

Profil candidat

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.

Pour candidater, vous devez être titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un diplôme national de master en mécanique des matériaux. Vous devez être à l'aise et/ou motivé par une combinaison d'activités expérimentales et de simulations avancées.

Votre dossier complet doit être envoyé à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Le dossier de candidature doit comporter :
•un curriculum vitae détaillé
•une lettre de motivation/projet personnel
•des relevés de notes L3, M1, M2
•2 lettres de recommandation
•les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
•une attestation de niveau d'anglais

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Objectif

L'objectif est d'utiliser un ensemble de technologies qui arrivent à maturité et les lier pour conduire à un démonstrateur. Il s'agit ici de la capacité de la fonderie PFX à créer des éprouvettes variables en superalliage et de les numériser en 3D grâce à son tomographe haute précision, des modèles réduits développés par SafranTech et le Centre des matériaux, du banc de test mécanique haute température du Centres des matériaux, et des travaux de numérisation de données tomographiques pour le calcul mécanique au CDM. Cette thèse aura donc cinq éléments majeurs à traiter:
• Assurer le suivi de la fabrication des éprouvettes (le moule est développé dans le cadre d'un autre projet, la fabrication sera maitrisée avant le début de la thèse), la mise en place des essais mécaniques, l'analyse des ruptures.
• Numériser les éprouvettes, générer un maillage de qualité suffisante aux simulations éléments finies, et d'y appliquer les conditions aux limites [2, 3].
• Tester les modèles réduits sur les maillages résultant de la numérisation [4].
• Tester et comparer les simulations numériques aux résultats des essais mécaniques. En déduire des règles sur la criticité des Shaped Holes.
• Faire un démonstrateur permettant de jouer l'ensemble de la chaine d'analyse le plus automatique possible. Tester ce démonstrateur sur une pièce réelle numérisée.

Références

[1] Remacha, Branteghem, Romero, and Dereix. Projet d'investissement d'un tomographe pour la fonderie exp ?eriementale PFX, tomographie rayon X: aubes hautes pressions & noyau c ?eramique/cire. Technical report, Safran, 2014.
[2] Mohammed El Kanadli. From computed tomography 3d images to numerical simulations of high pressure turbine blades of aeronautical engines at safran aircraft engines. Master's thesis, Politecnico di Milano, School of Industrial and Information Engineering, 2017.
[3] H. Proudhon, J. Li, P. Reischig, N. Gu ?eninchault, S. Forest, and W. Ludwig. Coupling diffraction contrast tomography with the finite element method. Advanced Engineering Materials, 18(6):903–912, 2016.
[4] Franck Nguyen, Selim M. Barhli, Daniel Pino Munoz, , and David Ryckelynck. Computer vision with error estimation for reduced order modeling of macroscopic mechanical tests. Complexity, (3791543):10 pages, 2018.

Type financement

Convention CIFRE

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