Pôle thematique de recherche 2

Manager(s)

Denis Carron

David Thévenet

Activités

Les activités de recherche du PRT2 portent sur le développement, la caractérisation et la modélisation de techniques permettant d’assembler des matériaux de natures différentes pour des durées de vie longues en environnements sévères, comme le milieu marin. L’utilisation de matériaux nouveaux (composites thermoplastiques par exemple), de nouvelles nuances d’alliages, de nouvelles préparations de surface (pour limiter la corrosion par exemple), nécessite de développer des moyens d’assemblages innovants couplés à des méthodes de dimensionnement prenant en compte les conditions en service. Parmi les moyens d’assemblage, le collage et le soudage sont des techniques reconnues et déjà beaucoup étudiées. Cependant l’apport de nouveaux matériaux allié à une volonté d’atteindre des performances en termes de vitesse d’assemblage ou de caractéristiques mécaniques conduisent à introduire des techniques hybrides demandant à ce jour des études approfondies.

Compétences

Développement de dispositifs expérimentaux originaux : pour la caractérisation sur assemblages, propriétés thermophysiques et mécaniques à chaud, résistances de contact thermique et électrique, instrumentation fine d’éprouvettes (micro-thermocouples, mesures de champs).
Caractérisation du comportement : comportement des zones interfaciales multi-matériaux, effets de l’environnement (température, hygrométrie), méthodes de caractérisation rapide : vieillissement accéléré, relation massique/assemblage, auto-échauffement, comportement sous chargements dynamiques.
Simulation numérique des procédés d’assemblage : modélisation des procédés d’assemblages et des traitements thermiques ; comportements thermo-métallurgique et thermo-mécanique ; couplage électro-thermique : avec résistances de contact électrique et thermique) ; modélisation des sources thermiques équivalentes ; modélisation de la polymérisation des adhésifs, contraintes internes dans le joint de colle ; couplage magnéto-thermo-hydrodynamique.
Simulation numérique des comportements mécaniques : résistance et énergie à rupture d’un adhésif, comportement mécanique des interfaces du joint de colle au sein d’un assemblage, contribution des interfaces.
Estimation de paramètres et/ou de fonction par méthodes inverses.

Axes de recherche

MEtal Haute Température & Assemblages

Métal Haute Température & Assemblages

Caractérisation

Référent : Mickaël Courtois

Développement de méthodes de caractérisation à hautes températures des métaux solides et liquides L’équipe MEHTA développe depuis 2015 des dispositifs de caractérisation des propriétés physiques et mécaniques des métaux à l’état liquide et à haute température. Ces dispositifs visent à étudier, sur la plage de température 500 °C - 3500 °C, la masse volumique, la tension de surface, la viscosité, la capacité thermique, la chaleur latente, la diffusivité thermique, les propriétés radiatives, métallurgiques, mécaniques et de contact. Ces propriétés sont mesurées via de l’instrumentation fine (micro-thermocouples) ou par caméras rapides (visible, IR) et pyrométrie. La caractérisation des propriétés physiques s’appuie sur l’estimation de paramètres par méthodes inverses. Cet axe est étroitement lié avec l’axe Modélisation multiphysique des procédés hautes températures pour les données d’entrée matériaux ou la validation des modèles.

Modélisation

Référent : Stephen Cadiou

Modélisation multiphysique des procédés hautes températures (soudage, fabrication additive, arc). Deux types de modèle numérique sont développés. Ceux pour comprendre l’interaction entre les sources de chaleur (laser, TIG, arc...) et le métal fondu, lequel est soumis à de fortes instabilités pouvant entraîner des défauts tels que des porosités. Et ceux qui, à l’aide des champs de température simulées et de lois de comportement, prédisent les évolutions microstructurales, les déformations et les contraintes résiduelles. Les matériaux d’intérêts sont les aciers, les alliages d’aluminium pour le soudage, la fabrication additive et la trempe. Pour les partenaires industriels, il s’agit de proposer des simplifications des modèles (contraintes de la réalité industrielle) et des pistes d’amélioration des procédés ou d’optimisation des matériaux assemblés ou trempés.

Solutions et Technologies Innovantes pour le Collage

STICK

Compréhension multi-physique du comportement des interfaces métal/polymère :

Jusqu’à présent très orientée sur une approche macroscopique, l’analyse du comportement des adhésifs et des interfaces des assemblages collés peut être abordée à des échelles plus fines avec des techniques d'analyse et d'observation adaptées. De ce point de vue, une attention particulière est notamment apportée à l’influence, sur le comportement de l’assemblage collé, de défauts apparus lors de la phase de polymérisation (porosités…) et des mécanismes associés à l’adhésion. Il est ainsi question d’identification quantitative (nombre et distribution) à l’aide de mesures par micro-tomographie aux rayons X ou par MEB ainsi que l’étude de l’évolution de ces propriétés en fonction de sollicitations mécaniques multiaxiales ou de vieillissement.

Fissuration des assemblages collés sous sollicitations dynamiques et complexes :

L’analyse des conditions d’amorçage mais aussi de propagation de décohésions au sein des assemblages collés est importante car elle permet de proposer une démarche de justification de la tenue mécanique des liaisons de type tolérance au dommage. A ce titre le PTR2 justifie déjà d’une expérience forte dans ce domaine et renforce aujourd’hui cette activité sur une plus large gamme de chargements d’un point de vue : sollicitations multiaxiales et mixité modales ainsi que les effets de vitesse et dynamiques. D’autre part, sur le volet durabilité l’équipe étudie l’influence de la mixité modale sur la propagation lente des décohésions sous sollicitations stationnaires (fluage) et de récentes collaborations industrielles ont amené à à s’intéresser à l’adhésion molle (colle silicone, élastomères…) qui nécessite des approches spécifiques différentes de celles employées pour des adhésifs structuraux.