Caractérisation et modélisation du comportement magnéto-élasto-plastique sous contraintes multiaxiales // Characterisation and Modeling of Magneto‑Elasto‑Plastic Behaviour under Multiaxial Stress

Les matériaux ferromagnétiques, en particulier les aciers électriques, sont au cœur des systèmes de conversion d'énergie, tels que les moteurs. Dans un contexte de transition énergétique visant à accroître l'efficacité de ces systèmes, les dispositifs sont amenés à fonctionner dans des conditions de plus en plus sévères. Leur évolution technologique requiert, par conséquent, une compréhension approfondie et prédictive des propriétés des matériaux magnétiques. Il est donc nécessaire de développer des équations constitutives capables de décrire fidèlement le comportement des aciers électriques soumis à des chargements complexes.
En fonctionnement ou au cours des différentes étapes de fabrication et de mise en forme, les aciers électriques sont soumis à des contraintes mécaniques multiaxiales et à des effets thermiques et peuvent subir des déformations plastiques. Ces sollicitations influencent de manière significative le comportement magnétique. Une compréhension fine de ces effets complexes nécessite le développement conjoint d'outils de caractérisation expérimentale et de modèles avancés intégrant les couplages entre les champs magnétiques, les contraintes mécaniques et l'état de plasticité.
La littérature fait état de nombreux travaux expérimentaux et de modélisation décrivant le comportement magnétique unidimensionnel des matériaux ferromagnétiques. Toutefois, la dépendance des propriétés magnétiques aux contraintes est intrinsèquement multiaxiale, et très peu d'études se sont intéressées à l'effet des sollicitations mécaniques multiaxiales sur le comportement magnéto‑mécanique des matériaux ferromagnétiques doux. De plus, les travaux existants sont souvent limités à de faibles amplitudes de champ magnétique et à des chargements mécaniques statiques. L'impact des déformations plastiques sur le comportement magnétique, en particulier sur les pertes par hystérésis, demeure mal maîtrisé.
Le travail proposé vise à caractériser l'évolution du comportement magnéto-élasto-plastique des aciers électriques soumis à des contraintes bi-axiales statiques et dynamiques. La partie expérimentale sera basée sur la plateforme de caractérisation des matériaux actifs du GeePs. En s'appuyant sur les outils d'instrumentation existants sur cette plateforme, la thèse vise à mettre en œuvre des essais de caractérisation ad hoc à l'aide du dispositif de caractérisation 2D récemment développé. Les lois de comportement seront modélisées à l'aide des outils de modélisation multi-échelle développés au laboratoire.
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Ferromagnetic materials, particularly electrical steels, play a key role in energy conversion systems such as electric motors. In the context of the energy transition, which aims to improve the efficiency of these systems, such devices must operate under increasingly severe conditions. Their technological evolution requires a deep, predictive understanding of the properties of magnetic materials. It is thus necessary to develop constitutive equations capable of accurately describing the behaviour of electrical steel subjected to complex loading conditions.
During operation and throughout various manufacturing and forming processes, electrical steels are exposed to multiaxial mechanical stresses and thermal effects and may undergo plastic deformation. These loadings significantly influence their magnetic behaviour. A detailed understanding of these complex effects requires the joint development of experimental characterisation tools and advanced models that account for the couplings between magnetic fields, mechanical stresses, and the state of plasticity.
The literature reports numerous experimental and modelling studies describing the one‑dimensional magnetic behaviour of ferromagnetic materials. However, the dependence of magnetic properties on stress is inherently multiaxial, and very few studies have addressed the effect of multiaxial mechanical loading on the magneto‑mechanical behaviour of soft ferromagnetic materials. Moreover, existing works are often limited to low magnetic field amplitudes and static mechanical loading. The impact of plastic deformation on magnetic behaviour, particularly on hysteresis losses, remains poorly understood.
The proposed research aims to characterise the evolution of the magneto‑elasto‑plastic behaviour of electrical steels subjected to static and dynamic biaxial stress. The experimental work will be based on the active-material characterisation platform at the GeePs laboratory. Building on the existing instrumentation available on this platform, the thesis will implement dedicated characterisation tests using the recently developed 2D characterisation device. The constitutive behaviour will be modelled using the multiscale modelling tools developed within the laboratory.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-SIS

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

575 Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering

L'étudiant(e) recherché(e) devra être issu(e) d'une école d'ingénieurs ou d'un master en génie électrique, en génie mécanique ou en sciences des matériaux. Des compétences en conduite d'essais expérimentaux et en modélisation des lois de comportement sont les bienvenues, mais ne sont pas obligatoires. Un bon niveau d'anglais, tant à l'écrit qu'à l'oral, est attendu.
The selected candidate should have an engineering or a Master's degree in electrical engineering, mechanical engineering, or materials science. Skills in experimental testing and in constitutive behaviour modelling would be appreciated. A good level of English, both written and spoken, is required.