Stage IDF 01 : Ingénieur Calcul Mécanique Simulation dynamique de la rupture de céramiques à structure amorphe

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1 Stage IDF 01 : Ingénieur Calcul Mécanique Simulation dynamique de la rupture de céramiques à structure amorphe Présentation Descriptif Les travaux qui seront réalisés dans ce stage visent à trouver une modélisation fidèle pour simuler la rupture à très grandes vitesses d un matériau céramique proche du verre. En effet, les céramiques proches du verre se présentent sous forme d'une structure cristalline amorphe. La rupture en dynamique des matériaux fragiles tels que les céramiques est plus complexe et relève en règle générale de dynamique de fragmentation. L expérimentation et la modélisation de la dynamique de fragmentation reste encore aujourd hui un sujet très ouvert. En dynamique rapide les risques liés à la propagation sous impact de fissures sont encore très difficiles à estimer. La difficulté principale dans la recherche de critères de rupture dynamique, vient du fait que les grandeurs qui décrivent la rupture (typiquement les facteurs d intensité des contraintes en rupture fragile) ne sont pas directement observables expérimentalement. En effet, seuls les paramètres de rupture statique sont donnés dans la littérature et les valeurs "d'érosion" utilisés dans les codes de dynamique rapide comme Radioss et Abaqus Explicit sont souvent arbitraires. Ainsi, les objectifs à atteindre dans ce travail sont multiples : Par les codes de calcul de dynamique rapide Radioss/ Abaqus-Explicit, il s agit de trouver la meilleure loi de comportement pour simuler la rupture fragile d une céramique amorphe soumise à des grandes vitesses d impact. Ainsi, la recherche d une telle loi de comportement permettra par la suite de construire une modélisation très fine capable de simuler le comportement à l impact de la céramique Evaluation de l efficacité de transfert du choc à des très grandes accélérations (supérieures à 20000g) au travers de la liaison structure / céramique. Estimer la vitesse de propagation de la fissure dans la céramique Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : HyperMesh (pour le maillage), Radioss et Abaqus Explicit pour les calculs dynamiques Ingénieur mécanique et matériaux Le stage est situé dans nos locaux à Trappes (78) Secteur d activité : Recherche & Innovation

2 Stage IDF 02 : Ingénieur Calcul Mécanique Modélisation et optimisation du procédé d industrialisation de lentilles ophtalmiques Ce projet de stage a pour but de modéliser le comportement thermique et mécanique de lentilles ophtalmiques lors du procédé d industrialisation. Ce procédé permet de réaliser des lentilles à surfaces optiques particulières qui dépendent de la prescription médicale. Il comporte 3 étapes majeures : - Blocage - Usinage - Polissage Le blocage, consiste en la création d une référence spatiale et d un système de préhension de la lentille pour les étapes du procédé aval. L usinage est la réalisation de la surface optique par enlèvement de matière. Le polissage donne à la surface usinée les propriétés de transparence finale de la lentille. L objectif de cette étude est de mettre en évidence le comportement mécanique et thermique des lentilles ophtalmiques puis de trouver des solutions d optimisation des procédés de blocage et d usinage, à l aide de la modélisation par éléments finis. Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : HyperMesh pour le maillage, Abaqus ou Ansys pour les calculs thermique et statique et Radioss pour les calculs en dynamique rapide (partie usinage). Ingénieur mécanique et matériaux Le stage est situé dans nos locaux à Trappes (78) Secteur d activité : Recherche & Innovation

3 Stage IDF 04 : Ingénieur Calcul Mécanique Modélisation numérique du comportement mécanique des supports GMP Une précédente étude réalisée au pôle calcul de Segula a montré l intérêt de la simulation numérique pour comprendre la réponse en statique et en dynamique des supports GMP. Au cours de ces travaux de recherche, une méthodologie a été développée et qui a permis la mise en place des précontraintes dans les caoutchoucs de la biellette de reprise de couple. En effet, sur ce type de composant, l assemblage des caoutchoucs dans les platines est réalisé par un montage en force. Cette méthode a permis de déterminer l influence de la précontrainte sur le comportement statique et dynamique des supports moteurs. Cependant lors de cette étude le volet qui concernait les différentes lois de comportement n a pas abordé de façon approfondi pour les matériaux hyper-élastiques. Une suite logique de ces travaux serait donc la validation du modèle par éléments finis mais aussi de s intéresser plus dans le détail aux différentes lois de comportements que nous pourrions adopter. La validation du modèle par éléments finis peut être faite à l aide d une corrélation avec des résultats d essais. Cette corrélation nous permettra de vérifier la physique de la simulation et de corréler les données matériau. Une fois ces données matériaux corrélées, l étude de la mise en place d autres lois de comportement serait intéressante à étudier. A l issue de ces études nous pourrons déterminer la loi de comportement la plus apte à l étude des supports moteur. Cela permettra de mettre en place une méthodologie de simulation innovante et plus performante que les précédentes pour l étude des supports moteur. Partie 1 : Etat de l art Dans cette première partie de stage, un état de l art sur le sujet sera réalisé par le stagiaire en s appuyant sur une étude bibliographique approfondie. On attachera beaucoup d importance à la modélisation des matériaux hyper-élastiques sous le logiciel Abaqus. Partie 2 : Amélioration de la modélisation existante et plan d expérience Altair HyperStudy : Dans la seconde partie le stagiaire réalisera le travail suivant : Construction des modèles de calcul EF sous Abaqus des éléments de filtration des supports suivants : o Tampon boite de vitesse o Support moteur o Biellette de reprise de couple Calcul statique sous ABAQUS à partir des torseurs d'excitation définis avec intégration des lois hyper-élastiques existantes. Remarque : on n a pas de loi matériaux pour les supports étudiés, on utilise les lois existantes dans notre base de données ou dans la littérature Etude de la convergence des modèles sur les murs de débattements dans les cas de fortes sollicitations et propositions d'amélioration (ou de simplification) des modèles. Remarque : Cette étape sert à vérifier que le calcul converge bien et que l on peut appliquer les efforts élevés sans erreur numérique. Etude paramétrique via le logiciel HyperStudy (Plan d expérience) pour recaler les lois de comportement hyper-élastiques Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : Hypermesh (pour le maillage) et Abaqus (éventuellement Ansys) comme solveurs de calcul.

4 Ingénieur mécanique et matériaux Le stage est situé dans nos locaux à Trappes (78) Secteur d activité : Recherche & Innovation

5 Stage IDF 05 : Ingénieur Calcul Mécanique Modélisation du crissement d une colonne de direction automobile Les colonnes de direction de véhicules automobiles sont régulièrement victimes de bruyances lors de coulissement horizontal. En effet, lors de ce déplacement, un bruit plus ou moins important se fait entendre, qui peut être considéré comme gênant par le client. Le déplacement met en mouvement le corps de guidage par rapport au corps creux de la colonne. Dans le but d être sûr de ne pas livrer de colonne de mauvaise qualité aux constructeurs automobiles les équipementiers testent les colonnes au coulissement avant de les livrer, ce qui entraîne une surcharge de travail mais aussi des rebuts. Une étude précédente réalisée au pôle calcul de Segula a permis de modéliser convenablement les modes de crissement d une colonne de direction automobile. La modélisation a mis en évidence les modes de crissement à valeur complexe et identifier les modes instables. Ainsi la suite logique de ce stage est de modéliser le niveau sonore acoustique engendré par ces modes instables afin de trouver des solutions pour éliminer ou réduire le niveau de bruit engendré par ces instabilités mécaniques. L étude se décompose en 3 phases : 1. Une 1ère phase de ce stage sera consacrée à une étude bibliographique pour synthétiser l état de l art sur ce sujet. Le stagiaire pourrait s inspirer des problématiques équivalentes rencontrées dans le secteur automobile (crissement de freins ) ou ferroviaire (crissement de rail ). 2. Une 2ème phase de ce stage permettra de déterminer la méthode de simulation à mettre en place pour quantifier les modes de crissement et de déterminer le niveau sonore acoustique de bruit engendré par ces modes. Une corrélation entre la simulation et les mesures sera réalisée. Un écart de 15% est acceptable pour cette étude. Le logiciel Ansys (ou Abaqus) sera utilisé pour la simulation. 3. Une 3ème phase sera consacrée à l optimisation de ces modes de crissement pour diminuer l amplitude ou décaler les fréquences des modes propres du système en dehors des zones critiques. Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : Hypermesh (pour le maillage) et Ansys ou Abaqus comme solveurs de calcul. Ingénieur mécanique des structures

6 Stage IDF 06 : Ingénieur Calcul Mécanique des fluides Modélisation du phénomène de barbotage d huile Dans le domaine automobile, la réduction de la consommation et des émissions polluantes constituent des axes de recherches majeurs. Dans ce contexte, de nombreux efforts sont portés sur la partie motorisation et transmission des véhicules. En phase de conception, quand aucun prototype n a encore été construit, il est primordial de posséder un modèle numérique permettant d estimer les pertes mécaniques (Pertes par barbotage) en fonction des solutions techniques retenues. Le stage se déroulera comme suivant : Partie 1 : sera consacrée à l étude bibliographique et à la présentation de la démarche scientifique pour modéliser le phénomène de barbotage huile. Partie 2 : sera consacrée au développement d un modèle 3D sous le logiciel FLUENT ou OPEN FOAM pour simuler ce phénomène. Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : HyperMesh pour le maillage, HyperView pour le posttraitement, d expérience et FLUENT ou OPEN FOAM pour les calculs CFD Ingénieur mécanique des fluides et CFD

7 Stage IDF 07 : Ingénieur Calcul Mécanique des fluides Simulation fluide structure de la cavitation d une hélice Les éléments mécaniques comme les hélices de bateaux nécessitent beaucoup d énergie pour leur mise en mouvement. Il est donc nécessaire de maitriser leur poids sans pour autant dégrader leur tenue aux sollicitations mécaniques. En effet, il est important que les pales de ces hélices résistent aux contraintes environnementales en fonctionnement. Parmi celle-ci, on s intéresse ici aux contraintes liées au problème de cavitation. La maitrise de ce phénomène passe nécessairement par une modélisation plus fine prenant en compte le couplage fluidestructure. Le travail à réaliser peut se décomposer en 3 parties : Partie 1 : Etude Bibliographique et état de l art de la modélisation : o Logiciels utilisés o Modèles de calculs o Limites de la modélisation Partie 2 : Etude de faisabilité par la méthode ALE Hydrodynamique Radioss o Maillage ALE de fluide + Hélice o Simulation de couplage avec mise en mouvement d Hélice o Détermination des efforts sur les pales (contraintes) o Proposition de matériaux plus lèges et performant (aciers haute limite élastique, Titane, carbone-composite, ) Partie 3 : Etude de faisabilité par la méthode CDF Fluent ou OpenFaom o Maillage CFD de fluide + Hélice o Simulation de la mise en mouvement d Hélice o Détermination des pressions sur les pales (contraintes) o Comparaison avec l étude ALE o Calcul mécanique avec couplage ANSYS o Bilan de la faisabilité Cette étude sera réalisée avec la suite Hyperworks (pré et post-traitement), Fluent ou Openfoam (solveur CFD), Radioss (solveur mécanique) Ingénieur mécanique des structures et CFD

8 Stage IDF 10 : Ingénieur Calcul Mécanique des structures Simulation Galetage Vilebrequin Automobile Le vilebrequin est une pièce maîtresse du moteur qui doit assurer une très grande tenue à la fatigue sur la durée de vie du véhicule. Les risques de fissurations de cette pièce, fortement sollicitée, sont grandement augmentés par la présence de gorges au niveau de la jonction entre les bras et des paliers (manetons et tourillons). Afin de limiter ces risques, une opération de renforcement (galetage) est prévue dans le processus de fabrication du vilebrequin. Dans le cadre de développement de simulation numérique, Segula souhaite disposer d outils prédictifs permettant de simuler les déformations de pièces mécaniques pendant leur transformation Les différentes tâches sont les suivantes : Etape 1 Développement d un modèle simplifié pour étude préliminaire Construction modèle pour étude d un cycle Etape 2 Développement du modèle sur 5 cycles (positionnement intermédiaire), Poursuite le développement du modèle pour atteindre le cycle complet (20 cycles), Analyse de la corrélation avec les défauts connus en fabrication Etape 3 Etude d un outil paramétrable et synthèse Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : HyperMesh, Hyperwork, Abaqus, Ansys si nécessaire. Ingénieur mécanique des structures et matériaux

9 Stage IDF 13 : Ingénieur Calcul Mécanique des structures Caractérisation dynamique d un joint de type «tubing» Les joints «tubing» sont utilisés pour réaliser l étanchéité entre la porte («ouvrant») et le panneau de côté d habitacle. Lors des études de claquement numériques des ouvrants, les joints sont modélisés et discrétisés avec des éléments dont les propriétés sont connues de façon quasi-statique. L objectif des travaux est de prendre en compte des lois de comportement dynamiques pour modéliser les joints. Première partie : mise au point de la modélisation avancée du joint de porte : Modélisation d une section de 1dm de joint en éléments shells ou solides sans prendre en compte la résistance de l air. Choix d un matériau de type elasto-plastique ou hyperélastique (Moonley-Rivlin MAT/LAW42). Compression quasi-statique de cette section avec un plan rigide et comparaison de la raideur statique obtenue avec une loi mesurée en essai. Prise en compte de l air et compression dynamique de ce modèle : validation de la méthode avec la carte Radioss MONVOL type GAS ou AIRBAG. Modélisation du joint complet. Encastrement de celui-ci sur la feuillure de côté de caisse. Maillage du caisson en shells indéformables. Mise en compression du joint par une mise en vitesse initiale du caisson autour de l axe des charnières. Post-traiter la courbe de raideur dynamique du joint en plusieurs points et évaluer le % d amortissement obtenu. Deuxième partie : Caractérisation de la modélisation simplifiée du joint de porte Ressorts espacés tous les 100mm. Caractériser ces ressorts avec la raideur dynamique et l amortissement obtenus en 1ère partie. Corréler les résultats de déplacement/efforts des ressorts avec ceux du maillage en shells. Troisième partie : intégration de la nouvelle modélisation de joint dans le modèle de synthèse de claquement de porte. Conversion du modèle de synthèse de claquement de porte Pamcrash Radioss. Intégrer la raideur dynamique et l amortissement validés en 1ère partie dans la modélisation simplifiée du joint (ressorts). Comparer les accélérations et dommages obtenus sur le caisson à l essai. Les logiciels qui seront utilisés pour cette étude : HyperMesh, HyperWork, PAMCRSH ou RADIOSS Ingénieur mécanique des structures et matériaux

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11 Stage IDF 14 : Ingénieur Calcul Mécanique des structures Développement d une cellule de survie pour véhicule motocycle L utilisation de véhicules type motocycle offre de nombreux avantages dans les déplacements urbains (temps, économie, écologie ) Malheureusement la sécurité de l occupant est précaire. On se propose donc de poursuivre le développement d une cellule de survie adaptée aux 2 roues assurant des prestations de sécurité (choc frontal, latéral, ancrages de ceinture ) ainsi que des prestations de confort (protection intempérie, homologation sans casque ) Les travaux consistent à dimensionner la structure de cette cellule pour les différents cas de charge (choc frontal & lateral, ECE14 ). La contrainte de masse etant forte, on sera amené à utiliser des matériaux innovants ( thermoplastique, CFRP, composite ) Déroulement : - Recherche de solutions pour assurer les différents cas de charge choc (choc latéral) - Maquettage numérique de la cellule de survie (maillage, mise en donnée, matériaux). - Mise au point et validation des différents cas de charge, optimisation de la masse. Logiciels utilisés : pré-processeur HYPER MESH, Solver RADIOSS, post-traitement HYPER VIEW. Ingénieur mécanique des structures et matériaux

12 Stage IDF 15 : Ingénieur Calcul Mécanique des structures Modèles numériques d impacteurs pour crash-test automobile Les simulations de crash-test sur automobile nécessitent l utilisation d impacteurs normalisés (barrières ODB, IIHS, murs ) et de mannequins (Hybrid III ). Les travaux consistent à construire et améliorer des modèles éléments finis de ces différents éléments. Leur utilisation dans les cas de charge normalisés devra être représentative et corrélée par rapport au comportement réel. Déroulement : - Construction et amélioration des modèles éléments finis (maillage, mise en donnée, matériaux ) - Analyse de l effet de couplage fluide structure dans les alvéoles du nid d abeille. - Mise au point et validation des modèles par rapport au cas de charge test. Logiciels utilisés: pré-processeur HYPER MESH, Solver RADIOSS, post-traitement HYPER VIEW. Ingénieur mécanique des structures et matériaux