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Paris-Saclay
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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Design par IA d'architectures optimales pour métamatériaux ultra-légers et résistants à la rupture et déformation

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

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 : 0-4 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/04/2022

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 offrent dans ce contexte un potentiel considérable (e.g micro-lattice inventé au Caltech, produit par Boeing).

Les voies explorées actuellement portent sur des architectures périodiques, inspirées des cristaux. Le critère de Maxwell permet alors, à partir du nombre d’entretoises et de joints presents dans une maille élémentaire, de prévoir si la structure se déformera du fait de l’étirement, ou de la flexion de ses entretoises, et par suite d’estimer la rigidité du métamatériau et sa variation avec la densité du matériau. En revanche, les matériaux architecturés observés dans la nature (os, structure alvéolaire des écorces…) présentent des architectures aléatoires optimisées pour répondre à une certaine sollicitation du milieu ou remplir une fonction précise.

L’idée proposée ici vise à utiliser les outils de l’intelligence artificielle (IA) et de l’optimisation topologique pour renforcer les architectures sans présupposer celles-ci. Le stage est principalement numérique et théorique. Nous partirons d’un modèle de poutres récemment développé dans le laboratoire. L’objectif final est le développement d’un algorithme permettant de définir des architectures optimales en termes de rigidité mécanique et résistance à la fissuration, sous contrainte de conditions de densité et d’isotropie mécanique, avec l’aide d’outils à définir : fonction de coût et poids associés, descente de gradient pour la minimisation, réseau de neurones etc. Une composante expérimentale pourra être inclue, avec la fabrication additive des métamatériaux obtenus numériquement et leur caractérisation mécanique sur les bancs expérimentaux développés dans notre laboratoire.
Techniques utilisées au cours du stage :
Apprentissage automatique, simulation numérique, modèle de poutres

Mots clés : IA, physique statistique, mécanique du solide

Lien vers le laboratoire
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