STM-PARC-1-Dimensionnement pour composants hautes performances

  • ue-mec-stm-parc-1-materiaux innovants et eco-respectueux
  • Plasturgie

Semestre : 8

Responsable(s) du contenu pédagogique
  • Thierry ROLAND
  • Nicolas SERRES
Total coefficients : 2
Total heures : 28 (28 TD)
Total heures travail personnel : 20

Prérequis

Sciences des Matériaux (métal, polymère, céramique)


Objectif

L’endommagement désigne un processus de dégradation progressif de la matière conduisant à la formation d’une ou plusieurs fissures aux conséquences souvent désastreuses pour l’intégrité des structures. La manière dont il se manifeste et son évolution sont fortement corrélées à la nature du matériau (microstructures, hétérogénéités, défauts, caractère fragile/ductile), à l’environnement et aux types de sollicitations (souvent multidirectionnelles). L’objectif de ce cours est de présenter un état de l’art des connaissances acquises dans la compréhension et la modélisation des phénomènes de ruptures et d’endommagements des matériaux et des structures, en vue d’un meilleur dimensionnement de ceux-ci. Pour cela, trois approches sont proposées : théorique, numérique et expérimental.


Compétences attendues

Axe A1 : CONNAISSANCES ET COMPRÉHENSION
Capacité à mettre en place un raisonnement scientifique rigoureux. Capacité à mobiliser les ressources d'un large champ de sciences fondamentales.
- Connaître et expliquer les concepts théoriques relatifs à un large champ de sciences fondamentales
- Formaliser un problème à l'aide d'outils analytiques ou numériques
- Être capable de résoudre un problème scientifique à l'aide de méthodes analytiques ou numériques
- Être capable de transposer les connaissances scientifiques dans le domaine de la spécialité

Axe A2 : ANALYSE TECHNIQUE
Capacité à mobiliser les ressources dans le domaine de la spécialité. Mettre en œuvre des connaissances techniques multidisciplinaires pour résoudre des problèmes d'ingénierie.
- Identifier un problème, le reformuler
- Déterminer les leviers d'actions permettant de résoudre un problème
- Identifier et comparer des méthodes de résolutions potentielles

Axe A3 : CONCEPTION TECHNIQUE
Capacité à mobiliser ou à développer des nouvelles méthodes de conception afin de concevoir des produits, des processus et des systèmes en tenant compte des dernières avancées techniques dans le domaine tout en prenant en compte les enjeux environnementaux et énergétiques.
- Analyser et comparer un large champ de données techniques
- Définir les solutions techniques répondant au besoin
- Réaliser et interpréter des simulations


Programme

L'endommagement physique des matériaux soumis à des sollicitations mécaniques est tout d'abord introduit pour expliquer la genèse d'une fissure. Les lois phénoménologiques présentées permettent d'expliquer les paramètres de chaque cas d'endommagement mécanique en plasticité ou fragilit en fluage et en fatigue. Le phénomène de rupture est abordé dans un premier temps avec les outils de la mécanique linéaire élastique de la rupture (MLR). Ces notions sont applicables dans les trois contextes suivants : conception, CND pour le suivi de l'usage d'une structure, contrôle et prédiction de l'intégrité des fabrications. La mécanique élastoplastique de la rupture, extension de la MLR, est enfin présentée sous une forme condensée, sur la base des critères les plus actuels (COD, Intégrale J).

Les séances de TD/TP seront employées à l’usage de moyens expérimentaux et numériques pour l’analyse de l’endommagement et de la rupture d’un matériau. En particulier, les modélisations éléments finis avancées permettent de simuler la propagation d’une fissure dans une structure comportant un défaut initial et nous verrons comment les mettre en œuvre (critères). Les résultats issus des modélisations numériques en EF seront comparés aux solutions analytiques démontrées dans le cadre de la théorie mais aussi par rapport à des mesures expérimentales obtenues à partir de méthodes optiques de mesures de champs cinématiques :
- Essais de propagation de fissure sur éprouvettes pré-entaillées : observation du champ de contraintes en pointe de fissure, mesure de ténacité par corrélation d’images numériques
- Fissurations pièces/structures (imprimées 3D) & suivis par corrélation d’images / propagation de fissures
- Essais sollicitations rapides (banc de chute, mouton Charpy)
- Essais sollicitations complexes via montage ARCAN – rupture en sollicitation biaxiale

En parallèle, TP numérique pour reproduire les essais (tat de sollicitation, propagation endommagement et fissures)


Contraintes pédagogiques - Méthodes pédagogiques

Utilisation des moyens de la PFM et de la PF SMIS (outils de caractérisation, outils de simulation numérique) pour les TP/TD associés.


Contraintes pédagogiques - Moyens spécifiques

Utilisation de Moodle avec la mise à disposition de ressources pédagogiques, de descriptions des outils disponibles lors des séances de TP.


Mode d'évaluation

Contrôle de connaissances final.

Projet : études de cas à réaliser en binôme ou en trinôme sur la durée du semestre, portant sur l?tude de l’endommagement et de la propagation d’une fissure dans une pièce de structure (moyens de caractérisations et de modélisations numériques de la PFM et de la PF SMIS).

Livrable : synthèse des travaux présentée sous la forme d’un rapport scientifique


Bibliographie

D François, A Pineau, A Zaoui, Comportement mécanique des Matériaux, Ed Hermes, vol. 2, ISBN 978-2-86601-348-6
J Lemaître, JL Chaboche, La mécanique des Matériaux Solides, Ed Dunod, ISBN 978-2-10-051623-0
RW Hertzberg, Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, J Wiley & Sons Inc, ISBN 978-1-118-32424-0
C. Lemaignan, La rupture des matériaux, Ed. EDP Sciences, ISBN 978-2-86883-642-7
D. Miannay, Mécanique de la Rupture, Ed de Physique



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