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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Métamatériaux "os" inspirés: vers des matériaux à la fois légers et résistants

Spécialité : / PHYSIQUE

Contact : BONAMY Daniel,
e-Mail : daniel.bonamy@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 21 14
Laboratoire : SPEC/SPHYNX

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-3 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/03/2019

Résumé :
Le stage s'inscrit dans un projet de recherche visant à développer une nouvelle classe de méta-matériaux poreux, d’architecture aléatoire et inspirée de la structure osseuse pour combiner légèreté et résistance à la rupture.

Sujet détaillé :
La recherche de matériaux combinant légèreté et résistance mécanique est un domaine en plein essor, tiré, dans le domaine du transport notamment par la volonté de réduire les émissions de CO2 et de développer des véhicules économes en carburant. Des progrès importants ont été accomplis récemment ; les méta-matériaux ou matériaux architecturés offre dans ce contexte un potentiel considérable (e.g micro-lattice inventé au Caltech et produit par Boeing).
Les voies explorées actuellement portent principalement sur des architectures périodiques. L’idée explorée ici vise à obtenir une nouvelle classe de matériaux d'architecture aléatoire ayant des propriétés statistiques invariante d’échelle spécifiques inspirées de la structure osseuse. Il s’agira aussi de regarder comment une telle structure aléatoire se répercute en terme de « risques », i.e. de fluctuations statistiques autour du comportement moyen. L’objectif final est d’arriver à des outils de rationalisation rigoureux permettant de définir un/des optimums en termes de légèreté, résistance à la fissuration, et risques (au sens défini ci-dessus).
Nos recherches précédentes nous ont permis de développer certains formalismes à l’interface entre mécanique des milieux continus et physique statistique, permettant de prendre en compte explicitement (dans des cas simples) les inhommogénéités de microstructure, leur nature discrète, et de prédire leurs effets sur le comportement en rupture à l’échelle macrosopique. Il s’agira d’adapter ce formalisme à nos metamatériaux aléatoires. L’étude s’appuiera sur des approches numériques de type « Random Lattice model » de complexité croissante. Une attention particulière sera portée sur une caractérisation propre des fluctuations statistiques autour du comportement en rupture moyen. L’approche sera ensuite qualifiée au travers d’expériences menées sur des échantillons de porosité fractale obtenues par impression additive, puis cassées au moyen d’un dispositif expérimental original développé dans notre laboratoire et donnant accès à la résistance en rupture et ses fluctuations statistiques.
Techniques utilisées au cours du stage :
Modélisation par éléments discrets, analyse statistique, simulations numériques, mécanique expérimentale (thèse), impression additive (thèse)

Mots clés : Physique statistique, mécanique de la fracture

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