Thermomécanique dynamique : de la mesure de champs à la modélisation prédictive // Dynamic thermomechanics : from fields measurement to predictive modelling

Le choix, l'implémentation et la calibration des modèles de comportement dans les codes de calcul de dynamique rapide constituent un enjeu majeur, en particulier dans le secteur de la défense. En dynamique rapide, les conditions sont quasi adiabatiques et le matériau subit un auto-échauffement plastique à l’origine d’un adoucissement ou/et de transformations microstructurales. La bonne prise en compte des couplages thermomécaniques dans la modélisation constitutive nécessite donc des mesures couplées cinématiques et thermiques lors de la caractérisation.

Le projet de thèse a pour objectif de développer un jumeau numérique des dispositifs d’essai rapide de compression et de traction par barres d’Hopkinson, s’appuyant sur la corrélation d’images numériques cinématiques et thermiques, rendant compte des incertitudes métrologiques et numériques, et visant la calibration de modèles de comportement thermo-viscoplastiques.
L’approche sera d’abord appliquée à un acier doux (S355) puis étendue à d’autres matériaux. Le moyen expérimental principal sera constitué des dispositifs d’essai rapide de compression et de traction par barres d’Hopkinson, acquis récemment par le CEA Gramat et disponibles à l’ICA.
Les dispositifs seront équipés de caméras cinématographiques rapides à ultra-rapides, ainsi que des caméras thermiques rapides disponibles à l’ICA. La mise en œuvre d’essais sur une tour de chute (CEA Saclay) ou même sur lanceur (CEA Gramat et/ou ICA) pourrait être une perspective intéressante pour obtenir d’autres types de sollicitations.
Concernant les simulations, le code de dynamique rapide retenu est ABAQUS Explicit, permettant l’implémentation de modèles utilisateurs spécifiques (VUMAT), sur supercalculateurs (p.ex. CALMIP Toulouse). Des programmes existants (codes Python, plateforme ESCALE, QIAS) seront utilisés et améliorés, notamment dans le cadre de la quantification des incertitudes et de la calibration bayésienne.

L’approche sera d’abord appliquée à un acier doux (S355) puis étendue à d’autres matériaux. Le moyen expérimental principal sera constitué des dispositifs d’essai rapide de compression et de traction par barres d’Hopkinson, acquis récemment par le CEA Gramat et disponibles à l’ICA.
Les dispositifs seront équipés de caméras cinématographiques rapides à ultra-rapides, ainsi que des caméras thermiques rapides disponibles à l’ICA. La mise en œuvre d’essais sur une tour de chute (CEA Saclay) ou même sur lanceur (CEA Gramat et/ou ICA) pourrait être une perspective intéressante pour obtenir d’autres types de sollicitations.
Concernant les simulations, le code de dynamique rapide retenu est ABAQUS Explicit, permettant l’implémentation de modèles utilisateurs spécifiques (VUMAT), sur supercalculateurs (p.ex. CALMIP Toulouse). Des programmes existants (codes Python, plateforme ESCALE, QIAS) seront utilisés et améliorés, notamment dans le cadre de la quantification des incertitudes et de la calibration bayésienne.

Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : DEA
Service : DEA
Laboratoire : DEA
Date de début souhaitée : 01-06-2027
Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés (MEGEP)
Directeur de thèse : Longère Patrice
Organisme : Institut Clément Ader
Laboratoire : MS2M

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : DEA
Service : DEA

formation en mécanique et matériaux