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Sujet de thèse : Caractérisation et identification du comportement mécanique de matériaux à gradients de microstructure

[ 02-05-2017 | proposition sujet thèse ]Sujet de thèse : Caractérisation et identification du comportement mécanique de matériaux à gradients de microstructure Ce sujet donne lieu au financement, par Centrale Lille, d’une allocation de recherche d’une durée de trois ans, attribuée sur concours.
Contacter le ou les Directeur(s) de thèse et préparer un dossier avant la date limite du 2 mai 2017.
Pour plus d’informations sur les conditions d'inscription en thèse, veuillez consulter le site de l’Ecole Doctorale régionale Sciences pour l'Ingénieur Lille Nord-de-France.
Directeur de thèse
Denis Najjar
Co-Encadrants
Mirentxu Dubar
Ahmed El Bartali
Nathalie Limodin
Jean-François Witz
Amina Tandjaoui

Descriptif
Ce projet de thèse s’inscrit dans la continuité d’activités de recherche menées depuis plus d’une dizaine d’années dans le périmètre du collectif CISIT et du projet CPER 2007-2013. Touchant à la durabilité des organes ferroviaires et relevant ainsi du DAS1, ce projet est connecté au projet OS3 MatPro du CPER ELSAT 2020 et à la Fédération de Recherche Transport Terrestre et Mobilité (FR CNRS 3733). Il met en jeu deux laboratoires régionaux affiliés au CNRS, le LML (FRE 3723) et le LAMIH (UMR CNRS 8201), ainsi que l’entreprise MG-Valdunes qui produit des organes ferroviaires (roues et essieux) en région. Ce projet s’inscrit également selon l’axe stratégique 3 « Etude des gradients de microstructure pour le dimensionnement essieu et roue » du projet de laboratoire commun SWIT-lab (Science for Wheelset Innovative Technology - from process to mechanics) entre ces partenaires. Ce projet pourra bénéficier des méthodologies développées pour étudier l’influence des gradients de chargement, de géométrie et de microstructure sur le comportement et l’endommagement dans de nombreux projets nationaux et internationaux tels que, l’ANR INDiANA, le FUI InnovAxles, Ademe CERVIFER, Européen Shift2Rail…
L’impact des choix de nuances d’acier et de procédés de fabrication sur la tenue en fatigue est un enjeu majeur pour nombre d’applications, telles que les essieux et roues ferroviaires. Les procédés induisent en particulier des gradients de contraintes résiduelles ou de microstructure dans les zones justement critiques vis-à-vis de l’amorçage de fissures en fatigue. La maîtrise de la durée de vie en fatigue passe donc par une meilleure maîtrise des gradients de microstructure. Cela nécessite donc de comprendre l’origine de ces gradients et les paramètres du procédé pouvant les impacter mais aussi de les caractériser et de disposer de modèles de prédiction permettant de les intégrer.
L’objectif principal de cette thèse est d’identifier et caractériser le comportement mécanique sous chargement complexe d’éprouvettes présentant des gradients microstructuraux. Ces éprouvettes seront prélevées dans des organes ferroviaires ou seront élaborées en laboratoire de sorte que leur microstructure soit représentative de celle des organes. La démarche scientifique mise en œuvre dans ce projet est basée sur le dialogue entre des essais uni- et bi-axiaux associés à des techniques de mesures de champs (cinématiques et thermiques) et une modélisation multiéchelle tenant compte de la microstructure réelle du matériau en comportement monotone puis en comportement cyclique à terme afin de proposer des critères multiaxiaux d’amorçage en fatigue. Les observations in-situ réalisées lors de ces essais seront essentiellement optiques mais quelques essais seront réalisés sous microscopie électronique à balayage pour descendre à une résolution spatiale fine potentiellement mieux adaptée à la faible profondeur du gradient de microstructure (≈ 100μm).
Références :
[Bau15] Baudoin P. Caractérisation et identification de propriétés de matériaux métalliques à gradients de microstructure. PhD thesis, Université de Lille, 2015. [Bau16] Baudoin P., Magnier V., El Bartali A., Witz J.-F, Dufrénoy P., Demilly F., Charkaluk E. Numerical investigation of fatigue strength of grain size gradient materials under heterogeneous stress states in a notched specimen”. Int. J. Fat., 87, 1016, 132-142.
[Bod09] Bodelot L., Sabatier L., Charkaluk E., Dufrenoy P., Mat. Sc. Eng. A, 501(1-2), 2009, 52-60.
[ElB08] El Bartali A., Aubin V., Degallaix S. Fat. & Fract. Eng. Mat. Struct., 31(2), 2008, 137–151.
[ElB09] El Bartali A., Aubin V., Degallaix S. Int. J. Fat., 31(11-12), 2009, 2049-2055.
[Evr10] Evrard P., El Bartali A., Aubin V., Rey C., Degallaix S., Kondo D. Int. J. of Sol. & Struct.,
[Pes09] Pessard E. Comportement anisotrope en fatigue des composants mécaniques forgés. PhD thesis, Université d’Angers, 2009.
[Pes11] Pessard E., Morel F., Bellett D. Modelling the role of non-metallic inclusions on the anisotropic fatigue behaviour of forged steel. Int. J. Fat. 33, 2011, 568–577.
[CHA15] E. Charkaluk, R. Seghir, L. Bodelot, J.F. Witz, and P. Dufrénoy. Microplasticity in polycrystals : a thermomechanical experimental perspective, Exp. Mech., 55(4) :741–752, 2015.
[YaD15] http://yadics.univ-lille1.fr/wordpress/

Contact
Denis Najjar, denis.najjar@centralelille.fr