Sujet du stage : Développement d’un modèle réduit pour simuler le comportement mécanique non linéaire des
structures lattices

Au sein de l’Institut de Recherche Technologique SystemX, situé au coeur du campus scientifique d’excellence mondiale de Paris-Saclay, vous prendrez une part active au développement d’un centre de recherche technologique de niveau international dans le domaine de l’ingénierie numérique des systèmes. Adossé aux meilleurs organismes de recherche français du domaine et constitué par des équipes mixtes d’industriels et d’académiques, ce centre a pour mission de générer de nouvelles connaissances et solutions technologiques en s’appuyant sur les percées de l’ingénierie numérique et de diffuser ses compétences dans tous les secteurs économiques.
Vous serez encadré par un ingénieur chercheur SystemX du domaine calcul scientifique et optimisation. Vous travaillerez au sein du projet de recherche exploratoire « Modèle numérique efficace du comportement mécanique non linéaire de structures lattice et optimisation topologique de la structure lattice pour la fabrication additive » dont le partenaire académique ENS Paris Saclay.

Le poste est basé à l’IRT SystemX – Gif sur Yvette

Présentation du sujet du stage

Objectifs du stage 
La présence de structures lattices augmente dans les domaines de la fabrication, en particulier dans les applications aéronautiques, spatiales et biomédicales en raison de leurs avantages de rapports résistance / poids élevés, d’absorption d’énergie, d’amortissement acoustique et vibratoire. Néanmoins, il y a quelques inconvénients à cette méthode de fabrication. Les structures lattices fabriquées de manière additive ne sont pas des structures géométriquement parfaites par rapport à leurs modèles CAO nominaux. Ces défauts géométriques influencent le cycle de vie des structures lattices et modifient leurs réponses mécaniques. Les défauts géométriques dans les structures lattices dus à la fabrication additive sont la rugosité, l’ondulation et la variation de forme.
Trouver un modèle d’éléments finis (EF) approprié qui n’est pas coûteux mais efficace pour prendre en compte les défauts géométriques est une tâche difficile. Alors que les éléments solides permettent de modéliser correctement, le coût de calcul est considérable pour une grande structure lattice. D’autre part, l’utilisation d’éléments de poutre réduit considérablement le coût de calcul. mais, ils ne peuvent pas modéliser correctement l’intersection des jonctions.
Dans ce projet, nous souhaitons développer un modèle réduit dans lequel les effets des phénomènes non linéaires (tels que les grandes déformations et la plasticité) ainsi que les défauts géométriques sont pris en compte. Cela devient plus difficile si les critères de conception tels que la fatigue, les vibrations, l’acoustique, l’absorption des chocs entrent en considération.

Différentes activités du stage sont prévues dans ce cadre :
– Un outil de simulation numérique des structures lattices en python et basé sur les logiciels open-source (Salome & Code_Aster) est disponible. Un travail sera réalisé pour créer et analyser des structures lattices et faire le post-traitement des résultats.
– Un travail spécifique de développement d’un modèle réduit prenant en compte les effets non-linéaires sera effectué

Missions :
– Réaliser l’état de l’art sur la modélisation numérique des structures lattices ;
– Prise en main des briques numériques de l’IRT SystemX pour créer et analyser des structures lattices;
– Développer une brique numérique du modèle réduit innovant des structures lattices basé sur la théorie de homogénéisation/énergie élastique ;
– Validation des comportements mécaniques (déplacement et contrainte von Mises) du modèle réduit par rapport aux ceux des modèles 3D des structures lattices de type BCC et BCCZ.

Références bibliographiques sur le sujet :
1. Ravari, M. R. K., Esfahani, S. N., Andani, M. T., Kadkhodaei, M., Ghaei, A., Karaca, H., Elahinia, M., 2016, “On the effects of geometry, defects, and material asymmetry on the mechanical response of shape memory alloy cellular
lattice structures,” Smart Mater. Struct. 25, pp. 1-14.
2. Tsopanos, S., Mines, R. A. W., Mckown, S., Shen, Y., Cantwell, W. J., Brooks, W., Sutcliffe, C. J., 2010, “The influence of processing parameters on the mechanical properties of selectively laser melted stainless steel microlattice structures,” J. Manuf. Sci. Eng., 132.
3. Campoli, G., Borleffs, M. S., Amin Yavari, S., Wauthle, R., Weinans, H., Zadpoor, A. A., 2013, “Mechanical properties of open-cell metallic biomaterials manufactured using additive manufacturing,” Mater. Des., 49, pp. 957–
965.
4. Gümrük, R., Mines, R., 2013, “Compressive behaviour of stainless steel micro-lattice structures,” Int. J. Mech. Sci., 68 pp. 125–139.
5. Rathore, J. S., Mang, Ch., Vienne, C., Quinsat, Y., Tournier, Ch., 2021, “A methodology for computed Tomographybased non-destructive geometrical evaluations of lattice structures by holistic strut measurement approach,” J.
Manuf. Sci. Eng., 143.

Profil et compétences
De formation : De formation : BAC +5 (Master 2)/école d’ingénieur 3ème année, dans le domaine du traitement de signal, de l’analyse des données ou des télécommunications

Compétences :
– mécanique de solide ;
– théorie de plasticité ;
– théorie de grand déplacement ;
– méthode d’éléments finis;
– modèle réduit ;
– théorie de homogénéisation ;
– programmation scientifique (Python).

Aptitudes personnelles :
– Doté de capacités d’analyse, d’une forte autonomie et d’un esprit d’initiative ;
– Capacité à travailler en mode projet : rendre compte de l’avancement des travaux et communication des résultats ;
– Aptitude à communiquer aussi bien à l’oral qu’à l’écrit (en français et/ou anglais) ;
– Travail en mode collaboratif

Informations clés

Durée du stage : 4 à 6 mois
Date de démarrage envisagée : Avril-Mai 2022
Localisation du poste : Cluster Paris Saclay (91)
Référence de l’offre à mentionner dans l’objet de votre e-mail de candidature : DSR-2022-34-Explo


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