Clément Raimbault soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 25 novembre 21

Moussage de polyuréthane en injection sur un milieu poreux 

Clément Raimbault a réalisé sa thèse sour la direction de Patrice Laure, Michel Vincent et Séverine Boyer. Il présentera ses travaux devant le jury suivant :

– Prof. Julien Bruchon, Ecole des Mines de Saint Etienne, SMS, rapporteur

– Prof. Boussad Abbes, UFR Sciences Exactes et Naturelles de Reims, rapporteur

– Prof. Christophe Binetruy, Ecole Centrale de Nantes, examinateur

– Dr. Vincent Ladmiral, ICGM Montpellier, examinateur

– M. François Choquart, Trèves PSI Reims, examinateur

Résumé :

Dans l’industrie automobile, les mousses de polyuréthane sont souvent combinées avec un support poreux pour améliorer les performances d’isolation acoustique et thermique. Les pièces sont fabriquées par un procédé de moulage par injection-réaction avec le milieu poreux positionné au préalable sur une paroi du moule. Un mélange de polyol, d’isocyanate et d’eau est injecté dans la cavité du moule. La réaction entre l’eau et l’isocyanate crée des bulles de dioxyde de carbone. En parallèle, la polymérisation de polyuréthane se produit par la réaction entre le polyol et l’isocyanate. L’expansion de la mousse remplit la cavité et imprègne une partie du support poreux. Le but de ce travail est de développer un modèle macroscopique pour simuler l’influence du milieu poreux sur l’écoulement du mélange dans la cavité, et sur l’évolution de la température et de la pression dans la mousse. La densité de la mousse, la distribution de tailles de bulle et l’imprégnation du milieu poreux sont également étudiées. En premier lieu, les paramètres du moussage sont identifiés avec le dispositif FOAMAT® et des expériences sont réalisées pour mesurer la densité, la porosité et la perméabilité du matériau poreux. Des essais d’injection-moussage sont réalisés dans une géométrie ‘modèle’ de moule carré sans et avec un support poreux sur la paroi inférieure. La distribution de tailles de cellule est identifiée par analyse d’images obtenues au microscope électronique à balayage et par micro-tomographie. La simulation numérique est réalisée avec le logiciel REM3D®. Pour modéliser l’écoulement de la mousse dans le milieu poreux, le modèle de Navier-Stokes-Brinkman est couplé avec le modèle de moussage. Après implémentation du modèle, la version optimisée de REM3D® est utilisée pour vérifier le modèle en comparant avec des résultats expérimentaux. Des corrélations sont réalisées entre la taille des bulles, les champs de densité et de température, la profondeur de pénétration et la perméabilité.

Mots-clés : injection, mousse polyuréthane, poreux, simulation numérique

C'est une belle reconnaissance pour le livre de Jean-Marc Haudin "Structure et morphologie des polymères, de la macromolécule au sphérolite" en finale du 34ème Prix Roberval, concours international francophone.

Il fait partie des quatre livres finalistes de l'année dans la catégorie enseignement supérieur.

Le Prix Roberval est un concours international. Il existe depuis 1986 et récompense "des oeuvres pour comprendre la technologie". Son dispositif est très sérieux, avec trois étapes successives d'évaluation. Avoir été sélectionné pour la finale est déjà une sacrée réussite.

Ce livre est le dépositaire partiel de cinquante années d'enseignement dit Jean-Marc Haudin. Et un must-have pour tous les étudiants, chercheurs et ingénieurs du domaine des polymères. Il est édité par Lavoisier. 

Nous souhaitons encore beaucoup de succès à ce livre.

>> + d'information sur le prix Roberval

>> + d'informations sur le livre de Jean-Marc Haudin

Ramy Nemer soutient sa thèse de doctorat le 23 novembre 2021

Une méthode adaptative de maillage immergé pour l'interaction fluide–structure

Ramy Nemer a réalisé sa thèse dans l'équipe CFL sous la direction d'Elie Hachem et de Thierry Coupez dans le cadre d'un projet avec la société Aqualung. 

Ramy Nemer soutient sa thèse en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 23 novembre 21 devant le jury suivant :

– Prof. Thomas J.R. Hughes, The University of Texas at Austin, examinateur, président du jury

– Prof. Ramon Codina, Universitat Politècnica de Catalunya, rapporteur

– Prof. Stefanie Elgeti, Vienna University of Technology, examinatrice

– Prof. Trund Kvamsdal, NTNU, examinateur

– Dr Aurélien Larcher, Mines Paris -PSL, examinateur

– Mr. Nicolas Peyron, Aqualung group, invité

– Mme Stéphanie Godier, Recherche et Avenir, invitée

Résumé :

Pour répondre aux besoins d’applications émergeantes impliquant des capteurs cylindriques et des structures membranaires, la simulation de structures de plus en plus fines et flexibles apparait nécessaire. Ces innovations interagissent avec leur environnement pour acquérir des données ou dans une fonction précise. Dans ce contexte, l’interaction fluide-structure (IFS) s’impose pour modéliser les phénomènes mis en jeu. Dans le cadre de cette thèse, une nouvelle méthode de couplage est proposée, combinant les deux méthodes traditionnelles monolithiques et partitionnée en une modélisation hybride. Le maillage solide est immergé dans le maillage fluide-solide à chaque pas de temps, tout en bénéficiant de son propre solveur solide. The solveur hyper-élastique met en place une formulation en déplacement et pression, dans laquelle l’équation de la quantité de mouvement est complétée par une équation de pression qui traduit le caractère incompressible du fluide. Cette formulation est obtenue par séparation du tenseur des contraintes en ses parties volumétriques et déviatoriques, ce qui permet la résolution du problème dans la limite d’incompressibilité. Une linéarisation de la partie déviatorique est également implémentée. Le maillage eulérien contient à la fois les domaines solides et fluides et permet la modélisation de phénomènes physiques complémentaires. Les méthodes d’adaptation de maillage anisotrope et de Level-set sont utilisées pour le couplage à l’interface entre le solide et le fluide afin de capturer plus finement leurs interactions. Tous les éléments précédemment introduits forment la « Adaptive Immersed Mesh Method » (AIMM). La méthode variationnelle multi-échelle est exploitée pour les deux solveurs afin d’amortir les oscillations parasites susceptibles de résulter de la modélisation en éléments tétrahédraux linéaires. La méthode a été construite en 3D en gardant en tête les aspects de calcul parallèle. De multiples tests de validations en 2D et 3D sont présentés pour prouver le bon fonctionnement des solveurs mis en place. Pour finir, la méthode a été testée pour une application industrielle.

Mots-clés : Interaction Fluide–Structure, Eléments Finis, Méthodes multi-échelles variationnelles, Adaptation de maillage anisotrope, Mthode hybride, hyperélastique

Juhi Sharma soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 22 octobre 2021

"Evolutions de la microstructure lors du forgeage à chaud de l'alliage VDM Alloy 780 : mécanismes, cinétique et modélisation champ moyen"

Juhi Sharma a fait sa thèse dans l'équipe MSR, sous la supervision de Nathalie Bozzolo et Charbel Moussa. Juhi Sharma soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 22 octobre 2021 devant le jury suivant :

Résumé :

La demande de réduire les niveaux d'émissions CO2 dans les moteurs d'avions a motivé le développement de nouveaux alliages à haute température. VDM Alloy 780 est un nouveau superalliage polycristallin base nickel, développé pour les applications de disques de turbine, avec des températures de service jusqu'à 750°C. VDM Alloy 780 comprend une phase durcissant γ′, en plus des précipités en forme de plaquette aux joints de grains qui sont identifiés comme phase η/δ (notamment η mais susceptible d'inclure de fines couches de δ). Connaitre précisément les évolutions microstructurales survenant pendant le forgeage industriel est crucial pour contrôler les propriétés finales de l'alliage. Les propriétés microstructurales ont été caractérisées grâce à une série de traitements thermiques isothermes, d'analyses microstructurales, de techniques EBSD avancées et de mesures de résistivité électrique. Les mécanismes et la cinétique de recristallisation dans le domaine supersolvus ont été déterminés à l’aide des essais de compression à chaud approximant les conditions de forgeage industriel. Les cinétiques de recristallisation dynamique et post-dynamique ont été établies en fonction des paramètres thermomécaniques tels que la déformation, la vitesse de déformation, la température et le temps de maintien post-déformation. Un modèle en champ moyen a été calibré sur base des résultats expérimentaux. Ce modèle est capable de prédire correctement les évolutions microstructurales dans le domaine monophasé. De plus, l'influence des précipités sur la recristallisation dans le domaine subsolvus a été étudiée. Cette thèse fournit des éléments utiles pour l’optimisation des conditions de forgeage industriel pour ce nouveau superalliage afin d'obtenir une microstructure homogène à grains fins.

Mots-clés : Superalliages polycristallins base nickel, forgeage à chaud, recristallisation, croissance de grains, précipitation, modélisation en champ moyen

David Xu soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 4 novembre 2021

Analyse thermomécanique du procédé de fabrication additive par dépôt de filaments de polymère fondu: Études expérimentales et numériques

David Xu a réalisé sa thèse dans l'équipe CFL sous la direction de Franck Pigeonneau. David Xu soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 4 novembre 2021 devant le jury suivant :

Cette thèse se concentre sur l’étude thermique et mécanique du procédé de fabrication additive par dépôt de filaments de polymère fondu. Ce procédé est étudié à différentes échelles. Des modèles numériques sont  développés afin de simuler le procédé. Les outils numériques sont appuyés par des observations et mesures expérimentales. Cela est effectué pour avoir une idée claire des différents phénomènes intervenant lors du  procédé, ainsi que pour valider les modèles numériques.

 

Un premier modèle se concentre sur l’écoulement de polymère fondu dans le liquéfacteur ainsi que son extrusion et son dépôt sur le substrat. Ce modèle permet d’analyser l’influence de la géométrie de la buse ainsi que des paramètres d’impressions sur la dynamique du dépôt. Un protocole expérimental est mis en place afin de mesurer la taille des cordons en fonction de ces mêmes paramètres. Une loi empirique est ainsi proposée afin de prédire la géométrie du cordon deposé.

 

Un second modèle est développé afin de simuler le procédé à plus grande échelle. La première étape est de simuler l’évolution thermique lors de la construction d’un mur de plusieurs centimètres de hauteur. Des mesures thermiques à l’aide thermocouples sont effectuées afin de valider le modèle numérique. Le modèle thermique est ensuite adapté pour le cas d’un polymère semi-cristallin. Le but est de pouvoir prédire la cinétique de cristallisation en fonction de la cinétique de refroidissement de la pièce. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les mesures de degré de cristallinité effectuées expérimentalement. Le modèle thermique est amélioré afin de tenir compte de la déformation de la pièce lors du refroidissement. Un protocole expérimentale est développé afin d’effectuer des mesures in-situ de

la déformation de la pièce, par corrélations d’images, au cours du procédé. La combinaison d’études expérimentales et numériques devrait permettre de donner les outils nécessaires afin d’adapter les paramètres du procédés aux besoins des utilisateurs.

 

 

Simulation numérique du dépôt de plusieurs cordons lors du procédé FFF

 

 

 

Mots-clés : Dépôt de fil fondu, Analyse thermomécanique, Mécanique des fluides, Simulations numérique, Polymères, Cristallisation

Superalloys 2021, le "14th International Symposium on Superalloys" s'est tenu en format virtuel du 13 au 16 septembre. Il rassemble toute la communauté internationale scientifique des superalliages.

L'équipe MSR, dans le cadre de la chaire industrielle ANR TOPAZE, a eu l'idée d'organiser l'antenne française de la communauté et de la réunir dans les locaux de MINES Paris. L'idée originale a convaincu les participants français qui ont eu le plaisir de se retrouver et suivre ensemble les présentations. 

L'initiative a largement convaincu en local et a été vivement saluées par de nombreux participants internationaux. Partager et échanger sont des éléments essentiels d'une conférence. Cette formule originale comble actuellement le manque de lien dans la communauté.

Bravo à son initiatrice, Nathalie Bozzolo, responsable de l'équipe MSR