Conception et optimisation de structures auxétiques en polymères et composites produites par fabrication additive

Les champs scientifiques concernés par l’Unité de Mécanique de Lille sont doubles puisqu’ils regroupent des mécaniciens des fluides et des solides.

Pour la partie Mécanique des Fluides, il s’agit d’étudier et de comprendre les phénomènes physiques liés au comportement des écoulements complexes de fluides Newtoniens, non-Newtoniens et leur interaction. Plus précisément, les activités de recherche sont orientées sur l’étude de la réduction de la traînée en écoulement turbulent, les instabilités hydrodynamiques et thermiques, la dispersion et la convection turbulente avec applications à l’environnement. Sur la base de la compréhension physique des écoulements, les approches utilisées sont exclusivement celles de la modélisation analytique ou numérique avec l’élaboration de codes spécifiques ou d’implémentation dans des codes commerciaux.

Pour la partie Mécanique des Solides, il s’agit essentiellement du domaine de la mécanique des matériaux où les recherches menées concernent l’étude du comportement mécanique, de l’endommagement (en chargement monotone, en fatigue et par impact). Ces recherches s’appuient sur des approches à la fois expérimentales et de modélisation analytique ou numériques. Les complexités sont liées aux non linéarités matérielles (grandes transformations pour les polymères, par exemple), aux couplages (thermomécanique, endommagement, vieillissement, fluides-solides, etc.) et aux chargements (uniaxiaux, multiaxiaux, impacts).

Les structures auxétiques sont des architectures présentant un coefficient de Poisson effectif négatif, qui se traduit notamment par un élargissement transversal sous une sollicitation de traction. Ce comportement macroscopique résulte principalement de leur architecture interne, notamment de la géométrie des cellules élémentaires, de l’orientation des éléments structuraux et des mécanismes de déformation tels que la flexion, la rotation et le flambement des motifs constitutifs [1–3].

La fabrication additive permet de réaliser ces architectures et de faire varier leurs paramètres géométriques. Toutefois, la réponse mécanique des pièces fabriquées dépend également des propriétés du matériau constitutif et des conditions de fabrication. La compréhension de ces interactions est nécessaire pour concevoir des structures présentant un comportement auxétique maîtrisé [2–4].

Ce projet associe les compétences de l’UML de Lille et du LGCgE dans une démarche combinant conception, plan d’expériences, fabrication additive, caractérisation mécanique et modélisation. Il vise à identifier les configurations permettant d’obtenir et de maintenir un coefficient de Poisson effectif négatif sur une plage de déformation définie, puis à exploiter ces résultats pour optimiser les architectures.

Profile M2 Mécanique ou science des matériaux. Connaissance en caractérisation mécanique des matériaux et fabrication additive. Connaissance en modélisation et simulation numérique.