Matériaux et microstructures

L’unité thématique de recherche « Matériaux et microstructures » associe des chercheurs aux compétences complémentaires en caractérisation expérimentale, modélisation théorique et simulation numérique.

Les projets de recherche menés par cette unité concernent le comportement rhéologique des fluides complexes, le comportement élastique-inélastique des métaux, des polymères solides et l’étude de la pénétrabilité des pieux par vibration.

Mots clés :
• Approches micromécaniques (polymères, métaux)
• Comportement des matériaux en quasi-statique/dynamique
• Plasticité, endommagement et effet du recyclage sur propriétés mécaniques
• Mise en forme des matériaux
• Simulations numériques/éléments finis

L’objectif scientifique pour ces projets est de développer des lois de comportement phénoménologiques ou physiques qui rendent compte des effets d’un certain nombre de paramètres tels que la vitesse de sollicitation, la température, la microstructure et leurs évolutions.

Ces modèles sont par la suite implémentés dans des codes de calcul pour la simulation numérique de tests en laboratoire ou des essais en vraie grandeur.

Les résultats de la simulation numérique sont confrontés aux résultats expérimentaux afin de calibrer les modèles et de vérifier leur pertinence.

De nature fondamentale, les recherches de cette unité concernent aussi les applications industrielles telles que les domaines de la mise en forme des métaux, la mise en œuvre des polymères et la conception.

Les modèles de comportement développés sont aussi exploitables pour la modélisation numérique des systèmes biomécaniques. Pour le comportement élastique anélastique des matériaux, nous nous intéressons plus particulièrement au développement de lois de comportement mico-macro dans lesquelles le comportement local est décrit par des approches physiques. Ainsi, la microstructure joue un rôle primordial pour la formulation des lois constitutives. Ces approches décrivent la déformation ou l’endommagement par les mécanismes propres au matériau considéré.

Dans le cas des polymères, les déformations plastiques sont décrites par les approches moléculaires. Dans le cas des métaux, les approches basées sur les mouvements des dislocations sont considérées pour décrire la plasticité, l’écrouissage et l’endommagement.

Dans le domaine des procédés, les travaux concernent la mise en place de simulateurs numérique de procédés industriels qui prennent en compte l’évolution de la microstructure. Typiquement pour les métaux, ces outils numériques doivent tenir compte de l’évolution de la texture au cours du procédé.

L’enjeu économique de telles études est la réduction des coûts en optimisant le nombre les opérations ou les quantités de matière.

De nature appliquée, les recherches dans cette direction concernent les applications industrielles telles que la mise en forme des métaux, la mise en œuvre des polymères. L’objectif scientifique majeur de cette activité est d’optimiser les procédés industriels pour un matériau donné ou d’optimiser le matériau pour un procédé donné.

Cet objectif est atteint au travers de deux phases :
• une première phase de validation de nos simulateurs en comparant les résultats expérimentaux à ceux obtenus par la modélisation numérique
• une deuxième phase de prédiction et d’optimisation en étudiant l’influence de différents paramètres de fabrication ou matériau sur les simulations numériques.

Collaboration internationale :
• University of Aveiro, Portugal
• Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA
• University of California at San Diego, CA, USA
• Pacific Northwest National Laboratory, WA, USA
• Centre de Recherche Public Henri Tudor, Luxembourg
• Center for Advanced Engineering Fibers & Films, Clemson University & MIT, Clemson, SC, USA