Comportement en fatigue de l'acier 316L-LBPF : développement et validation d'approches de modélisation physiques fondées sur l'hétérogénéité microstructurale // Fatigue behavior of 316L-LBPF steel: development and validation of physical modeling approache

La fabrication additive métallique par fusion laser sur lit de poudre (LPBF) permet de produire des pièces de géométrie complexe en acier inoxydable 316L mais confère au matériau des propriétés mécaniques fortement anisotropes, en particulier sous sollicitations cycliques. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de travaux expérimentaux et numériques menés au laboratoire SYMME sur la fatigue du 316L-LPBF. Elle vise à développer deux approches de modélisation physiques et complémentaires du comportement élasto-visco-plastique cyclique de ce matériau : (i) une approche compartimentée, fondée sur une description stochastique des propriétés granulaires identifiées par Dynamique des Dislocations Discrètes (DDD), intégrée dans un code Eléments Finis interne ; (ii) une approche thermodynamique basée sur le formalisme DNLR (Distribution of Non-Linear Relaxation), qui décrit le comportement du matériau sans seuil d'élasticité strict, par un spectre de temps de relaxation non-linéaires. Ces deux approches seront calibrées et validées par confrontation avec une campagne expérimentale dédiée, incluant des essais de traction monotone, de fatigue, de relaxation et de recouvrance réalisés sur les moyens matériels de caractérisation mécanique du laboratoire. L'objectif final est de disposer d'outils prédictifs robustes pour l'orientation optimale d'impression et la durée de vie des composants 316L-LPBF.
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Metal additive manufacturing by laser powder bed fusion (LPBF) enables the production of complex-geometry parts in 316L stainless steel but imparts strongly anisotropic mechanical properties, particularly under cyclic loading. This thesis builds upon experimental and numerical work carried out at the SYMME laboratory on the fatigue behaviour of 316L-LPBF. It aims to develop two complementary physics-based modelling approaches for the cyclic elasto-visco-plastic behaviour of this material: (i) a compartmentalised approach, based on a stochastic description of grain-scale properties identified by Discrete Dislocation Dynamics (DDD) and implemented in an in-house Finite Element code; (ii) a thermodynamic approach based on the DNLR (Distribution of Non-Linear Relaxation) formalism, which describes material behaviour without a strict yield stress through a spectrum of non-linear relaxation times. Both approaches will be calibrated and validated against a dedicated experimental campaign, including monotonic tensile, fatigue, relaxation and recovery tests performed on the mechanical characterisation equipment available in the laboratory. The ultimate goal is to provide robust predictive tools for optimal print orientation and fatigue life assessment of 316L-LPBF components.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Savoie Mont-Blanc

634 Sciences Ingénierie Environnement

Le ou la candidate devra être titulaire d'un Master 2 (ou diplôme d'ingénieur) en mécanique des matériaux, science des matériaux ou génie mécanique avec de solides bases en mécanique des solides déformables, comportement des matériaux et méthode des éléments finis. Compétences souhaitées : pratique de la programmation MATLAB ou Python (le code éléments finis du laboratoire est en MATLAB), sensibilité à l'expérimentation (essais mécaniques, préparation d'éprouvettes), goût pour la modélisation physique. Qualités recherchées : rigueur scientifique, autonomie, capacité à travailler en équipe au sein d'un axe de recherche structuré, ouverture à des disciplines transversales (physique statistique, thermodynamique). Un bon niveau en anglais scientifique (lecture d'articles, rédaction, communications internationales) est indispensable