Modélisation de la rupture ductile d'un matériau polymère par un Modèle de Zone Cohésive : application à des essais CT

IFP Energies nouvelles - Direction Mécanique appliquée | Ref : R042-CL-N BRUSSELLE 19/12/2017

Stage - Sciences des Matériaux

  • Début

    entre mars et juin 2018

  • Durée

    6 mois

  • Localisation

    Hauts-de-Seine

  • Indemnité

    Oui


IFP Energies nouvelles est un organisme public de recherche, d’innovation industrielle et de formation intervenant dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Sa mission est d'apporter aux acteurs publics et à l'industrie des technologies performantes, économiques, propres et durables pour relever les trois grands défis sociétaux du 21e siècle : changement climatique et impacts environnementaux, diversification énergétique et gestion des ressources en eau. Son expertise est internationalement reconnue.

IFP Energies nouvelles poursuit 5 priorités stratégiques, indissociables et complémentaires dans l'accomplissement de sa mission d’intérêt général :

  • Produire à partir de sources renouvelables des carburants, des intermédiaires chimiques et de l'énergie
  • Produire de l’énergie en réduisant l’impact sur l’environnement
  • Développer des transports économes et à faible impact environnemental
  • Produire à partir de ressources fossiles des carburants et intermédiaires chimiques à faible impact environnemental
  • Proposer des technologies respectueuses de l'environnement et repousser les limites actuelles des réserves d'hydrocarbures

Son école d'ingénieurs, partie intégrante d'IFP Energies nouvelles, prépare les générations futures à relever ces défis.

Modélisation de la rupture ductile d'un matériau polymère par un Modèle de Zone Cohésive : application à des essais CT

Contexte

Le stage proposé s’inscrit dans un projet IFPEN qui vise à mieux prédire, ainsi qu’à améliorer le comportement mécanique de matériaux polymères (purs et chargés) en situation industrielle pour le domaine de l’énergie. IFPEN développe depuis plusieurs années une approche de modélisation du comportement viscoplastique des polymères semi-cristallins (PSC) permettant de traiter les grandes déformations, les effets de sensibilité à la contrainte moyenne ainsi que le phénomène de cavitation aujourd’hui largement reconnu et relativement bien décrit dans la communauté scientifique [1-4].

De façon générale, l’appréhension des mécanismes de rupture des PSC passe par une description des phénomènes de cavitation plastique en poursuivant une analogie à la fois phénoménologique et théorique avec les approches de rupture ductile rencontrées dans les métaux.

Bien qu’à l’origine d’un effet d’adoucissement du comportement, il apparait cependant que la cavitation est insuffisante pour décrire l’intégralité du processus de rupture, fortement influencé par le durcissement entropique de ces matériaux aux grandes déformations. Par ailleurs, la transition ductile-fragile sous l’effet de la température ou d’un vieillissement moléculaire montre que deux mécanismes, l’un de germination-cavitation plastique, l’autre de scission des chaines moléculaires peuvent coexister au cours du processus de rupture.

Objectif du stage et Démarche

L’objet de ce stage est de contribuer au développement d’une approche mixte, viscoplastique-critère énergétique, de la rupture des PSC, en associant un comportement viscoplastique volumique à une approche par zone cohésive.

Le comportement volumique sera identifié sur la base d’essais de traction d’un grade de polyéthylène, tandis que celui de la zone cohésive sera obtenu par méthode inverse à partir d’essais CT disponibles en interne.

La méthodologie consistera à simuler numériquement des essais CT à l’aide du logiciel ABAQUSTM, en introduisant explicitement le comportement viscoplastique précédemment identifié sur des éprouvettes lisses. Quelques essais complémentaires de traction pourront également être menés au cours du stage.

Enfin, les effets de charges minérales au sein de la matrice PSC initiale pourront également être investigués en fonction de l’avancement du stage.

Profil requis et compétences recherchées

BAC+5 (stage de 6 mois, début au printemps 2018) École d'ingénieurs ou Master de recherche, (spécialisation en Mécanique des solides, Génie Civil) –  Discipline : Mécanique des solides et des structures

Compétences : Modélisation en mécanique par Eléments Finis (AbaqusTM) – Connaissances en lois de comportement des matériaux – Programmation  – Calcul scientifique et résolution numérique – Aptitude à analyser des résultats – Aptitude à rédiger en Anglais – Autonomie

Le stage se déroulera à IFP Energies nouvelles, Etablissement de Rueil-Malmaison, 1-4 Avenue du Bois Préau, 92852 Rueil-Malmaison. Une indemnité de l’ordre de 900 Euros bruts par mois sera versée au stagiaire.

Bibliographie :

[1] L. Cangemi and Y. Meimon, “A two-phase model for the mechanical behavior of semicrystalline polymers,” Oil Gas Sci. Technol. - Rev. l’IFP, vol. 56, no. 6, pp. 555–580, 2001.

[2] N. Brusselle-Dupend and L. Cangémi, “A two-phase model for the mechanical behaviour of semicrystalline polymers. Part I: Large strains multiaxial validation on HDPE” Mech. Mater., vol. 40, no. 9, pp. 743–760, 2008.

[3] N. Brusselle-Dupend, E. Rosenberg, and J. Adrien, “Characterization of cavitation development while tensile testing PVF2 using 3D X-ray microtomography” Mater. Sci. Eng. A, vol. 530, no. 2011, pp. 36–50, Dec. 2011.

[4] P. Poulet, G. Hochstetter, A. King, H. Proudhon and L. Laiarinandrasana, “Observations by in-situ X-ray synchrotron computed tomography of the microstructural evolution of semi-crystalline Polyamide 11 during deformation” Polym. Test., vol. 56, pp. 245–260, 2016.


Nadège BRUSSELLE
1&4, avenue de Bois-Preau
92852 - Rueil-Malmaison cedex
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