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Simulation multi-échelles des polymères nano-renforcés


Enjeux

Le coût croissant de l'énergie et la nécessité de réduire les émissions de CO2, conduisent à développer des solu;ons matériaux alterna;ves aux métaux dans les applica;ons automobile et l’aéronau;que. Le faible poids des polymères renforcés, leur bon compris de rigidité et la tenue au choc de certains grades en font d’excellents candidats.


Les principaux verrous technologiques identifiés sont :

  • Prédire les propriétés mécaniques statiques et d’amorssement des vibratons de pièces soumises à des contraintes de température et de vieillissement
  • Déduire la résistance à la fatigue
  • Concevoir et optmiser des nouveaux matériaux.

Contacts
Directeur du centre : Jérôme Crépin
Tél. : (33) 1 60 76 30 00
Adresse : MINES ParisTech - Centre des Matériaux CNRS UMR 7633 63-65, rue Henri Auguste Desbruères BP 87 F-91003 Evry Cedex, France

Compétences développées

Physique des matériaux :

  • Caractérisation in situ sous Rayons X (Synchrotron) de la cristallisation induite des polymères sous chargements mécaniques
  • Développement d'essais de sollicitations thermo-mécaniques in situ adaptés aux lignes synchrotron (SOLEIL Saclay, ESRF Grenoble).


Comportement mécanique des matériaux :

  • Développement de nouvelles méthodes de caractérisa;ons mécaniques des élastomères.


Mécanique numérique :
Développement de nouveaux modèles de morphologie mathématiques

  • Nouvelle méthode de réduction de modèle pour mener des calculs paramétriques selon une approche raisonnée du calcul intensif.

Impacts et persectives

Académiques :

  • Ouverture du domaine de la modélisation mécanique déterministe vers la modélisation non - locale et statistique
  • Collaboration avec l’ESPCI, dépôt de projet PSL, afin d’enrichir le modèle mécanique en intégrant les découvertes récentes de la physique sta;s;que dans le domaine de la transi;on vitreuse des polymères.

Industriels :

  • Intégration de la loi de comportement mécanique dans la chaîne de calcul de dimensionnement de pièces, optimisées par rapport à rigidité et la viscance
  • Thèse CIFFRE Hutchinson-TOTAL : « Mécanique non-linéaire et interactions polymère/charges dans les silicones renforcés silice », Davide Colombo (2013 -)

Résultats

  • Développement et mise en œuvre d’une nouvelle loi de Comportement mécanique des caoutchoucs dans un code de Calcul par éléments Finis (Zset)
  • Outil de simulation numérique optimisé pour la prédiction de l’amortissement d’une structure industrielle
  • Meilleure compréhension des mécanismes physiques à différentes échelles et de leur impacts sur la réponse macroscopique du caoutchouc naturel renforcé de noir de carbone.
Articles :
•  "A priori hyper-reduction method for coupled viscoelastic-viscoplastic composites", B. Miled, D. Ryckelynck, S. Cantournet,
Computers and Structures, vol 0,119, p 95-103, 4, 2013.
•  "Multidimensional a priori hyper-reduction of mechanical models involving internal variables », D. Ryckelynck, F. Vincent, S.
Cantournet, CMAME, vol 225, p 28-43, 2012.
•  "In situ multiaxial loading frame to probe elastomers using X-ray scaSering", Y. Pannier, H. Proudhon, C. Mocuta, D. Thiaudière
and S. Cantournet, Journal of Synchrotron Radia2on,vol 18, p 907-911, 2011.
•  "Large scale computations of effective mechanical properties of rubber with carbon black fillers », A. Jean, S. Forest, F. Willot, S.
Cantounet and D. Jeulin, International Journal for Multiscale Computational Engineering, vol 9,3, p 271-303, 2011.
•  "A multi-scale microstructure model of carbon black distribution in rubber". A. Jean, D. Jeulin, S. Forest, S. Cantounet and F.
N’Guyen, vol 241,3, p 243-260, Journal of Microscopy, 2011.

Travailler avec l'institut Carnot M.I.N.E.S

Selon les besoins exprimés et la spécificité de chaque projet, six types de partenariats sont possibles :

  • la recherche directe (du projet court au programme de recherche pluriannuel) ;
  • la recherche collaborative ;
  • des tests et essais sur des plateformes technologiques ;
  • du conseil et de l’expertise ;
  • des laboratoires communs ;  
  • thèse CIFRE

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