Méthodes numériques avancées pour la mécanique

L’objectif est de développer des méthodes de calcul et d’établir des lois de comportement robustes pour les matériaux et structures soumis à des sollicitations dynamiques en grandes déformations ou vitesses de déformations.

Comportement dynamique non-linéaire et transitoire des matériaux et des structures

L’étude de l’usinage grande vitesse de matériaux aéronautiques est un thème transverse développé avec l’axe Fatigue des matériaux et structures métalliques du DMSM. Après une étape de validation de la modélisation numérique SPH, qui a permis d’enrichir les travaux expérimentaux sur l’usure des outils réalisés à l’ENSAM Bordeaux, un modèle de prédiction de la géométrie 3D de la surface usinée en fonction des paramètres de coupe effective a été développé. En collaboration avec l’équipe matériaux métalliques, ces travaux ont abouti à un outil de prédiction de la durée de vie d’une pièce d’aluminium (thèse de J. Limido soutenue en mars 2008 – Collab. Airbus France et LSTC). Ces travaux ont conduit à des améliorations de la robustesse de la méthode SPH et la démarche est en cours d’extension vers la prédiction de la durée de vie pour d’autres métaux (PostDoc de M. Taraf - Collab. EMAC financement région).

Dans l’étude de l’endommagement des matériaux, les travaux portent sur les silices sous impact à très grandes vitesses (HVI) et sur l’endommagement des plaques composites aéronautiques. Ils consistent à étudier l’interaction entre la méthode de discrétisation spatiale (SPH ou EF) et les modèles de matériaux. Dans le cas des silices, le modèle modifié de Johnson-Holmquist permet de reproduire les limites balistiques et d’écaillage et l’endommagement de cibles minces. Il a été appliqué avec succès aux cellules solaires et aux lames de protection du CEA et a permis de reproduire les tailles et répartitions des fissures et écailles et les tailles et vitesses des éjectas secondaires (thèse de Y. Michel soutenue en février 2007 – Collab. CNES et CEA et LSTC). La modélisation des matériaux composites sur la base du modèle de Matzenmiller est en cours (thèse de M. Ilyas).

Méthodes numériques avancées et méthodes d’aide aux choix

Ce thème de recherche vise :

  • le développement de méthodes d’aide aux choix de meilleurs compromis en conception ou en dimensionnement de structures aéronautiques et pour la détermination de solutions technologiques par des approches multi-critères et multi-échelles. Les travaux effectués ont porté en particulier sur les méthodes d’optimisation globale d’un tronçon de fuselage à partir de critères géométriques et topologiques des panneaux et membrures. (thèse de C. Gallet soutenue en mai 2006 – Collab. Airbus France). Par ailleurs, la prise en compte des aspects probabilistes et fiabilistes dans le dimensionnement de structures spatiales vient de commencer (thèse de N. Roussouly – Collab. ICAM et CNES-Thalès). Enfin, une étude sur le recalage avec l’expérience de modes propres issus de modèles numériques est en cours (PostDoc de C. Pozzolini – Collab. CNES) ;
  • les méthodes récentes de discrétisation et de modélisation des surfaces de discontinuité de type rupture ou évolution de frontière : XFEM, SPH. Les travaux actuels portent sur la modélisation de la rupture quasi-statique ou lors d’une coupe, de structures aéronautiques. Dans ce cadre, une collaboration avec le laboratoire MIP et Airbus France est en cours pour étudier la modélisation numérique des fissures dans les plaques et coques (thèse de J. Lasry, soutenance prévue en 2009 – Collab. UPS-INSA et Airbus France).