Contexte et objectif
L’utilisation du collage, comme technique d’assemblage des matériaux, devient de plus en plus fréquente dans le cadre de nombreuses applications industrielles. Depuis ces dernières décennies, les progrès réalisés en termes de performance et d’adhésion des colles structurales se sont avérés remarquables. Cependant, la tenue mécanique d’un assemblage collé, technique largement répandue pour assembler des matériaux de natures très différentes, dépend fortement de la vitesse de sollicitation qui lui est appliquée en service. Lors de leur utilisation, les structures assemblées par collage peuvent être soumises à des conditions complexes d’impact plus ou moins sévères. C’est le cas, entre autres, des aéronefs (impact à l’oiseau) et des protections balistiques (tir de munition). Afin d’assurer l’intégrité de ces structures et par conséquent la sécurité de ses utilisateurs, il est donc nécessaire de prendre en considération dès la phase de conception, le comportement sous sollicitations dynamiques de ces dernières [1]. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique prédictif de la tenue mécanique d’assemblages collés à partir d’une méthodologie expérimentale destinée à caractériser le comportement ainsi que la rupture des joints adhésifs dans le cadre de sollicitations dynamiques et multiaxiales. L’influence de la température sur le comportement de l’adhésif sera également étudiée.
Pour atteindre cet objectif, les trois principales étapes de cette thèse seront : à partir d’une approche numérique, développer un dispositif expérimental complet dédié à la caractérisation des joints adhésifs sous des chargements dynamiques multiaxiaux et permettant l’intégration d’un système de chauffage puis, proposer des modèles de comportement et de rupture pour différents adhésifs et enfin, établir une méthode numérique de prédiction du comportement à la rupture d’assemblages collés (en dynamique).
Approche proposée
En s’appuyant sur une approche numérique, il s’agira dans un premier temps de développer un dispositif expérimental adapté à ce cadre. Pour atteindre les vitesses de sollicitations recherchées (entre 50 et 2500 s-1), l’utilisation des barres d’Hopkinson en traction directe (SHTB), dont dispose l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), sera privilégiée. L’utilisation de ces SHTB complétée par la mise en place d’une instrumentation dédiée facilitera notamment la comparaison avec les résultats expérimentaux issus de campagne d’essais sous chargements quasi-statiques. Du point de vue numérique, il s’agira de proposer une modélisation centrée sur la partie adhésive permettant d’apprécier l’évolution de l’état de contrainte-déformation de cette dernière avant une potentielle rupture. Cette modélisation utilisera à la fois des codes de calculs par éléments finis commerciaux (Abaqus, Radioss…) et des modèles originaux issus de la recherche et développés en interne à l’IRDL.
Dans la lignée des dispositifs expérimentaux (Arcan modifié, Scarf modifié…) [2] déjà développés au sein du Pôle Thématique de Recherche « Assemblages multi-matériaux » et utilisés dans le domaine quasi-statique, il s’agira de concevoir une éprouvette destinée à caractériser le comportement du joint de colle au sein d’un assemblage en recherchant un état de contraintes le plus homogène possible afin de faciliter l’identification des propriétés de l’adhésif : cette partie fera l’objet d’une étude numérique.
Enfin, une campagne expérimentale sera menée cette fois au moyen d’un canon de Taylor (également disponible à l’IRDL) sur des coupons technologiques représentatifs d’une application industrielle. Un modèle numérique de ce nouvel essai sera réalisé et permettra de mener une confrontation essais/calculs et ainsi de conclure sur la pertinence des outils développés dans le cadre de ce travail. En particulier, ce travail de modélisation numérique bénéficiera de l’apport d’un code de calcul développé au laboratoire et spécifiquement dédié à simulation des impacts à grande vitesse utilisant des méthodes particulaires originales (e.g. la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics) [3-4] permettant de mieux appréhender l’endommagement et la fragmentation des structures.
Laboratoire de rattachement et localisation
La thèse se déroulera au sein des Pôles Thématiques de Recherche « Assemblages multi-matériaux » et « Structures, Fluides et Interaction » de l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL, UMR CNRS 6027, www.irdl.fr) sur le site de l’Ecole Nationale Supérieure des Techniques Avancées (ENSTA) Bretagne à Brest.
Financement et durée
Cette thèse sera cofinancée par l’Agence Innovation Défense et la Région Bretagne à partir d’octobre 2022, pour une durée de 36 mois. Le salaire mensuel brut est de 2083€ ou 2323€ (incluant des activités complémentaires d’enseignement).
Dossier de candidature
Un CV, une lettre de motivation, un relevé des notes obtenues au cours de la scolarité ainsi qu’un certificat de scolarité (en dernière année) ou une copie du diplôme sont à envoyer pour le 10 avril 2022 à l’équipe d’encadrement composée de :
- David THEVENET, Professeur de l’ENSTA Bretagne, thevenet@ensta-bretagne.fr
- Michel ARRIGONI, Professeur de l’ENSTA Bretagne, arrigoni@ensta-bretagne.fr
- Lorenzo TADDEI, Maître de Conférences de l’ENSTA Bretagne, taddei@ensta-bretagne.fr
Profil
Le candidat, titulaire d’un master recherche ou d’un diplôme d’ingénieur conférant le grade de master, devra posséder de solides connaissances en mécanique des structures/matériaux. Il devra avoir un goût prononcé pour les études expérimentales et une bonne maîtrise des outils numériques de modélisation (calcul par éléments finis). Une première expérience dans le domaine de la dynamique des matériaux sera appréciée.
Nationalité
Compte tenu du mode de financement (AAP 2022 thèses AID classiques), seuls les étudiants ressortissants de l’Union Européenne, du Royaume Uni ou de la Suisse sont éligibles.
Références
[1] M Arrigoni, M Schalk, N Carrere, A Alexandru, B Cojan, M Boustie. L Berthe, Etude expérimentale et numérique de l’adhérence d’interfaces collées soumises à des ondes mécaniques brèves et intenses, Rev. des Compos. et des Mater. Av. (25) 2015, 201-203