Pôle de recherche CMP
Computational Solid Mechanics – CSM

PERMANENT MEMBERS
Katia Mocellin, head
François Bay
Pierre-Olivier Bouchard
Elisabeth Massoni
Daniel Pino Munoz
Yannick Tillier
Nathalie Brulat-Bouchard (chercheur associé)
research fields
- Méthodes numériques
- Mécanique du solide
- Optimisation et Analyse Inverse
- Endommagement et Rupture
- Biomécanique
Applications
- Mise en forme des métaux
- Etudes des tissus du et pour le vivant (prothèses et organes)
- Chauffage par induction et formage électromagnétique
Objectifs principaux de l'équipe CSM
L’équipe CSM a pour objectif le développement de méthodes numériques, de modèles mécaniques et de méthodologies appliqués à des problématiques en mécanique des solides.
L’approche notamment proposée ici est de s’intéresser la chaîne de production de pièces ou de composants dans son ensemble afin de pouvoir prédire et optimiser les propriétés en service en intégrant l’histoire thermomécanique du matériau.
Activités de recherche
Développement de méthodes numériques pour les procédés de fabrication et les structures
Le groupe CSM travaille sur le développement de méthodes numériques avancées dans un environnement logiciel exigeant. Les algorithmes et méthodes doivent en effet s’inscrire dans le contexte de structures logicielles complexes dans des logiciels commerciaux.
- Formulation stationnaire et méthodes ALE
- Solveurs itératifs et parallèles, méthodes multi maillages
- Analyse de contact , algorithme multidomaine
- Anisotropie et remaillage adaptatif
- Assemblages par déformation plastiques : de la pose à la tenue mécanique (rivetage, sertissage...)
- Mise en forme de tôles et de tubes
- Soudage...
Couplages multiphysiques
La prise en compte de couplages entre la mécanique, la thermique, les champs magnétiques et électriques est un thématique basée sur le développement de modèles numériques pour le traitement d’équations aux dérivées partielles de natures différentes. Les éléments finis d’arètes et la résolution de système complexe doivent par exemple être considérés.
- Direct and alternative currents
- Solvers for Maxwell equations
- Multiphysics Coupling
- Welding
- Induction heating
- Magnetic forming
Exemples de projets
- Projet ANR OPTIMUM - OPTImisation des assemblages de MUlti-Matériaux par soudage friction linéaire pour les applications aérospatiales (février 2015-février 2019 : UTC, Centre des Matériaux MINES ParisTech, ACB, Airbus Group Innovation) - Etude numérique et expérimental d’assemblage des matériaux dissimilaires par le procédé soudage par frottement linéaire.
L’équipe CSM est en charge de la modélisation numérique du procédé.
- PROJET ECOS-SUD – (Universidad Católica de Chile » et collaboration avec l’« Universidad Nacional de Rosario » Argentine ) (2017-2020).
Ce projet vise à développer des essais non conventionnels sur éprouvettes plates pour étudier l’influence des trajets de chargement sur la formabilité.
L’équipe est en charge du développement de modèles de comportement et d’endommagement adaptés.
Equipements et logiciels de l'équipe CSM
- Forge® + Matelec, Cimlib®, MOOPI
- Machine de formage magnétique
La machine est équipée d’un générateur de type 20 kJ/9kV, il s’agit d’une mini-station de magnéto-formage plan avec une bobine de formage type « pancake ».
L’objectif est de pouvoir mener des essais de validation des modèles numériques développés au Cemef, ainsi que la caractérisation du comportement de matériau sous haute vitesse de sollicitation.
- Machine de traction bi-axiale
Ce banc d’essai de traction biaxiale original a été conçu et développé au CEMEF. Il est couplé à un système de corrélation d’images (développé en collaboration avec le groupe MEA et la société Mat Xper) et s’appuie sur l’utilisation d’un système de microscopie confocale laser LEICA TCS-SP2 (disponible au laboratoire Hubert Curien, pôle Optique et Vision de Saint-Etienne).
- Pince Rhéobiol
Ce dispositif de caractérisation portable a été développé pour permettre la caractérisation de matériau biologique rapidement après le prélèvement.

Fait marquant de l'équipe CSM :
Méthodes numériques pour la réduction des temps de calcul d’un logiciel industriel
La réduction des temps de calcul demeure une obsession dans le domaine de la simulation des procédés de mise en forme, qu’il s’agisse de mener un calcul à son terme avec une précision satisfaisante et dans des temps raisonnables, ou d’effectuer de nombreux calculs d’optimisation ou d’analyse inverse pour concevoir une gamme de mise en forme ou identifier des paramètres de comportement du matériau.
Différentes méthodes numériques ont ainsi été développées en tirant parti des particularités de certains procédés de mise en forme, telles que les formulations Arbitrairement Lagrangienne ou Eulériennes ou l’approche Multi-Maillage. Le point clé de ces développements est la compatibilité avec le logiciel FORGE, caractérisé par des maillages non structurés à base de tétraèdres linéaires, de grandes déformations de la matière, des remaillages fréquents nécessitant le transport des champs, et le calcul parallèle sur des domaines partitionnés proportionnellement au nombre de processeurs.
J’apprécie la pluridisciplinarité de mon sujet de thèse. Je dois prendre en compte la mécanique, le transfert thermique, le procédé d’électromagnétisme, définir les paramètres physiques de chacun et analyser le tout pour ensuite développer la simulation numérique
José Alves, Docteur du CEMEF
Soutenance avril 2016
Relations académiques :
MIT – Prof. D Parks
Centre des Matériaux - MINES ParisTech
Mateis – INSA Lyon
SIGMA – Prof E. Duc
CHU Nice
Relations industrielles :
Aubert et Duval
Faurecia
Renault
Transvalor
On going PhD projects
MNM doctoral speciality
- Hiba BOURAS : Nanocomposite hydrogels and aerogels for biomedical applications. Class of 2022 + BIO team
- Joséphine CHATELLIER : Characterization and modeling of cold multi-pass drawing of thick sheet applied to submarine shells. Class of 2022
- Valentin DUVIVIER : Analysis and modeling of residual stress and ductile fracture of sub-marine hulls under complex loadings. Class of 2022
- Maya WEHBE : Modelization and characterization of nano-compliant effects for localized epiaxial growth of GaN on Si substrates. Class of 2021
- Vincent MESLIER : Towards an improvement of the reliability of Photovoltaic modules by coupled experimental and numerical approaches. Class of 2021 + MPI team
- Akla Essoh Claude KOROLAKINA : Development of spin forming technology of cryogenic hydrogen tanks for world’s first zero emission commercial aircrafts. Class of 2021
- Tianqi HUANG : C-PVC Short-Term Physical Change Research Program: understanding and modeling. Class of 2019 + MPI team
- Nagasai KAUTA : Modelling of Flow Forming process of Thick Sheets for Aerospace Industry. Class of 2019