Mécanique, procédés et matériaux numériques
Matériaux & Procédés
L’axe « Mécanique, procédés et matériaux numériques » du CERI MP est développé selon trois sous-axes dédiés aux approches de modélisations :
- Méthodes numériques
- Modélisation : Matériaux, Procédés, Structures
- Jumeaux numériques
Sous-axe « Méthodes numériques »
Il concerne le développement de codes de calculs et solutions numériques.
Ceux-ci sont soit couplés ou intégrés à des logiciels commerciaux, soit totalement indépendants.
L’objectif principal est d’obtenir des prédictions fiables, dans des temps de calcul raisonnables, pour des modèles réalistes.
Les méthodes numériques développées dans ce sous-axe doivent donc pouvoir intégrer toute la physique du problème considéré, et pouvoir traiter de grandes tailles de problèmes comme celles rencontrées pour des cas industriels en trois dimensions d’espace.
Modélisation du soudage laser des composites : couplage ray-tracing et FEM
Accélération des calculs en remplaçant un modèle classique de type éléments finis (HFM) par une combinaison de deux réseaux de neurones (autoencoder et predictor), une base de données générées à partir du HFM étant utilisée pour entraîner ces deux réseaux de neurones
Sous-axe « Modélisation : Matériaux-Procédés-Structures »
Il vise à étudier les difficultés principales de la modélisation de pièces et/ou de structures en matériaux polymères/minéraux/composites du fait du couplage fort existant entre les conditions de fabrication, la microstructure induite par les procédés de mise en œuvre et les propriétés (mécaniques, physiques et thermiques) finales résultantes de la pièce ou structure.
En effet, dans des conditions réelles de mise en œuvre (température, pression, temps, vitesse d’écoulement de la matière, etc.), les propriétés finales de ces matériaux dépendent non seulement de leur composition (taux volumique et rapport d’aspect des charges ou des fibres, degré de polymérisation ou de cristallinité), mais également de leurs degrés d’anisotropie (orientations des molécules, orientations et dispersion des charges ou des fibres, inter-diffusion des molécules de polymère aux interfaces, réarrangement ou fracturation granulaire) et de la présence de défauts microstructuraux (porosités, désalignement des fibres, lignes de recollement/soudure, etc.).
Cartographie du taux de porosité au cours du procédé d’imprégnation (Resin Transfer Molding)
Modélisation du transfert radiatif durant le procédé d’impression 3D FDM
Sous-axe « Jumeaux numériques »
Il consiste à développer des jumeaux numériques de pièces et structures de formes géométriques complexes (équipements sous pression, structures ferroviaires, pales d’éoliennes, etc.) qui peuvent être soumises à différents types de sollicitations statiques et/ou dynamiques, voire multi-physiques (contrainte, température, etc.). La finalité de ces développements est de disposer d’outils numériques capables d’évaluer la tenue mécanique des structures et de prédire leurs comportements à long terme in-situ et en temps réel.
Pour cela, on développe une démarche originale consistant à combiner et hybrider des modèles numériques basés sur la mécanique (modèle boîte blanche) avec des modèles dynamiques guidés uniquement par les données (modèle boîte noire). Cette hybridation débouchera sur le développement de jumeaux numériques sous forme de modèles « boîtes grises » les plus efficaces possibles en termes de diagnostic de la tenue mécanique instantanée des structures et de prédiction de leurs comportements et de leurs durées de vie résiduelle. Pour ce faire, sont mis en œuvre des capteurs (jauges de déformation, thermocouples, fibres optiques à réseaux de Bragg, émission acoustique,…) intégrés aux pièces et structures et connectés aux réseaux de télécommunication (IoT) pour la transmission des données et leur traitement en temps réel sur le cloud par des algorithmes d’apprentissage automatique (IA, deep learning, machine learning, etc.).
LES PROJETS
SEABIOCOMP
SEABIOCOMP
L’objectif du projet SEABIOCOMP est de développer des nouveaux matériaux composites 100% biosourcés afin de réduire l’empreinte de carbone, notamment pour des applications industrielles dans un environnement marin. Dans ce projet, nous avons développé des préformes non-tissés en polymère biosourcé…
SHORYUKEN
SHORYUKEN
Projet SHORYUKEN. Assemblage de composite carbone hybride thermoplastique-thermodurcissable : personnalisation de structures complexes Les procédés de fabrication additive (ou impression 3D) ont atteint une certaine maturité industrielle. Ils permettent de fabriquer des pièces à géométrie complexe, personnalisées en petite série,…
MISSA
MISSA
Projet MISSA, Modélisation et apprentissage des interfaces dans les écoulements diphasiques Le projet MISSA se focalise sur la modélisation numérique des écoulements à deux phases dans des domaines hétérogènes. Le verrou scientifique majeur réside dans le fait que l’hétérogénéité sera…
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