Doctorant⸱e thèse : Modélisation multi-échelle de l’endommagement et du transport de gaz dans l[...]

Doctorant·e thèse : Modélisation multi-échelle de l’endommagement et du transport de gaz dans les composites thermoplastiques

Réf ABG- Sujet de Thèse

Lieu de travail Douai - Les Hauts de France - France

Champs scientifiques

• Matériaux

Mots clés AMESDEP

Description du sujet

Cette thèse s’inscrit dans des travaux de recherche visant à développer une méthodologie de conception de réservoirs composites à matrice thermoplastique sans liner, en s’appuyant sur des modèles numériques et des données expérimentales issus d’études antérieures des trois équipes (I2M, ICA et CERI MP/IMT Nord Europe) dans le cadre du projet ANR/AMESDEP.

Les modèles disponibles dans la littérature permettent de prédire simultanément la résistance mécanique et la perméabilité de composites stratifiés soumis à des chargements thermomécaniques multiaxiaux. Toutefois, ces approches reposent sur plusieurs hypothèses simplificatrices, telles que l’épaisseur constante des plis, l’homogénéité des propriétés mécaniques à l’échelle microscopique, ou encore des hypothèses sur la pré-localisation des chemins de fissuration.

L’état de l’art montre que la perte d’étanchéité dépend de plusieurs paramètres : les propriétés des matériaux (matrice et interfaces), les défauts de fabrication par placement de fibre (porosités, gaps, overlaps, ondulations de plis, poches de résine), l’épaisseur du stratifié, l’orientation des plis ainsi que l’épaisseur des plis.

L’objectif final de cette thèse est de relier l’évolution des réseaux de fissures, en prenant en compte les défauts de fabrication, aux propriétés de perméabilité du matériau afin d’alimenter des lois phénoménologiques à l’échelle du stratifié.

Le doctorant aura pour mission de :

• développer des modèles numériques multi-échelles représentant les microstructures réelles des composites ;
• simuler les mécanismes de fissuration dans des matériaux sains puis comportant des défauts ;
• intégrer les effets des contraintes résiduelles d’origine thermique ;
• étudier l’impact des défauts (porosités, gaps, overlaps, ondulations de plis, poches de résine) sur l’endommagement ;
• modéliser le transport de gaz dans les matériaux fissurés ;
• confronter les résultats numériques aux observations expérimentales dans une logique essais/calculs.
• exploiter les données expérimentales (microscopies 2D et microtopographie X) afin de reconstruire numériquement les microstructures de composites et d’en caractériser les hétérogénéités (distribution des fibres, variations d’épaisseur des plis, défauts géométriques, etc.).
• Mise en œuvre des approches de reconstruction paramétriques et/ou par segmentation d’images pour générer des cellules représentatives à différentes échelles du composite stratifié (micro, méso‑).
• Modélisation de l’endommagement des matériaux composites par des méthodes de champs de phase dédiées à la simulation de l’amorçage et de la propagation des fissures.
• Modélisation du transport de gaz dans les composites endommagés, afin de décrire l’évolution de la perméabilité dans le matériau sain jusqu’à l’écoulement dans les réseaux de fissures.
• participer aux activités d’enseignement en domaine mécanique (dans la limite de 64 heures par année scolaire, pour les doctorants uniquement).

Qualifications et compétences requises

Le candidat doit être titulaire d’un Master ou d’un diplôme d’ingénieur (Bac+5) en mécanique numérique, mécanique ou génie des matériaux. Il devra disposer de solides compétences en modélisation et en méthodes des éléments finis. Une expérience en développement numérique (Python/C++ ou codes de calcul par éléments finis) ainsi qu’en simulations thermomécaniques sera appréciée.

Savoir‑être

Savoir‑faire

• Rigueur scientifique et sens de l’analyse
• Autonomie dans la conduite de travaux de recherche
• Capacité à travailler en équipe pluridisciplinaire et en environnement collaboratif
• Modéliser des lois de comportement des matériaux
• Maîtrise de méthode éléments finis
• Développer et exploiter des codes de simulation (Python, C++ ou environnements EF)
• Maîtrise des méthodes numériques en mécanique des solides et en mécanique du fluide
• Connaissance des comportements thermomécaniques et de la modélisation des matériaux composites

Détails de l’emploi

Unité : CERI MP

Responsable hiérarchique : Direction du CERI MP

Catégorie : Offre de thèse

Nature de l’emploi : CDD

Lieu de travail : Campus de Douai, Site Douai Centre de recherche, IMT Nord Europe Centre de recherche 764, Boulevard Lahure 59500 Douai