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Création : 8 janvier 2019

Rapport d'activités de l'équipe  Matériaux avancés

Thèse 1: Prénom et Nom : Wissem ELKHAL LETAIEF
Année de première inscription en thèse : 2014/2015
Intitulé du sujet de thèse : Etude expérimentale et simulation numérique de l’effet d’hydrogène sur le comportement mécanique des alliages à mémoire de forme de type
Directeur de thèse: Fehmi GAMAOUN

Résumé :

-  En raison de leur bonne tenue à la corrosion et de leur biocompatibilité mécanique et chimique avec le tissu humain, les alliages à mémoire de forme de type Ni-Ti ont répondu à plusieurs dispositifs biomédicaux. En particulier dans le domaine de l’orthodontie, les fils orthodontiques en Nitinol offrent aux chirurgiens-dentistes force opportunités, notamment celle de venir à bout des postures dentaires les plus récalcitrantes. Néanmoins, une fois fixés dans la cavité buccale, les fils orthodontiques risquent d’être exposés aux atomes d’hydrogène qui proviennent des pâtes de dentifrice à base de fluorure ou des produits de rinçage.
Ainsi le compromis entre l’intérêt technologique du Ni-Ti et les effets indésirables de l’hydrogène nécessite l’intervention des scientifiques pour la réalisation d’une recherche approfondie. D’où provient l’idée de cette thèse qui tient compte de ce problème et des risques éventuels encourus par les mécanismes utilisant cet alliage. De ce fait, toute l’attention sera portée aux implications de l’hydrogène sur les alliages à mémoire de forme de type Ni-Ti.
Notre recherche suit une démarche déployée sur trois axes, allant de l’observation et la caractérisation expérimentale à la représentation de simulation, à savoir :

• La réalisation des essais mécaniques de relaxation sur le Ni-Ti dans les différentes conditions du chargement d’hydrogène.
• La modélisation d’un comportement mécanique tenant compte de l’effet d’hydrogène.
• L’utilisation du modèle obtenu dans un logiciel de simulation de structure.
  

Thèse 2: Prénom et Nom : Riheme SARRAJ
Année de première inscription en thèse : 2015/2016
Intitulé du sujet de thèse : Modélisation du comportement en fatigue des alliages à mémoire de forme en présence d’hydrogène
Directeur de thèse: Fehmi GAMAOUN

Résumé :

• Les alliages à mémoire de forme sont capables de stocker l’hydrogène, qui entraine une fragilisation de la structure et provoque des ruptures brusques à de faibles contraintes. Ce phénomène est aperçu dans les fils orthodontiques lors de leur utilisation. En outre, au cours de l’installation et la fixation des arches dentaires dans la cavité buccale, l’orthodontiste peut engendrer, lors de la manipulation des fils, des faibles nombres de chargement cycliques. Ces derniers entrainent l’apparition de la martensite résiduelle et des dislocations à l’intérieur de l’alliage. Cependant, après quelques mois d’utilisation de l’appareil dentaire à l’intérieur de la cavité buccale, l’hydrogène se diffuse et interagit avec les défauts présents, ce qui endommage le fil orthodontique.
• La modélisation du comportement en fatigue des matériaux à mémoire de forme n’a pas été étudiée jusqu’à nos jour. L’objectif global de cette thèse consiste à trouver un modèle 3D qui simule le comportement charge-décharge des alliages à mémoire de forme en tenant compte de l’évolution de la déformation résiduelle, des contraintes critiques de la transformation austénite-martensite du NiTi et de l’aire d’hystérésis. Cette dégradation des performances des fils orthodontiques sera étudiée dans les deux conditions : avec et sans chargement d’hydrogène.
• Ces deux années nous ont permis de nous situer dans les différentes problématiques à traiter d’une part. D’autre part, nous avons réalisé des essais de traction-compression cyclique des échantillons en alliage à mémoire de forme pour des différentes déformations imposées. En outre, pour étudier l’effet d’hydrogène sur le comportement des fils NiTi, nous avons eu recours à des essais cycliques après un chargement électrolytique dans une solution NaCl. (Article soumis)
• Dans un second temps, nous avons modifié le modèle existant de Lagoudas pour qu’il puisse simuler l'évolution des températures de transformations de phase, la génération et la croissance des déformations résiduelles et la diminution des contraintes critiques lors d’un chargement cyclique. En outre, nous avons introduit l’effet de vitesse dans ce modèle. (Article en cours)
• La suite de notre travail consistera donc à étudier l’effet de la vitesse sur le comportement des alliages à mémoire de forme en réalisant des essais de chargement cyclique sans et avec chargement par hydrogène pour des différentes déformations imposées et d’intégrer l’effet d’hydrogène sur le comportement des alliages à mémoire de forme au modèle déjà développé.

Thèse 3: Prénom et Nom : Aroua FATHALLAH
Année de première inscription en thèse : 2016/2017
Intitulé du sujet de thèse : Effet de l'Hydrogène sur le Comportement Mécanique des Fils d'Orthodontie en AMF : Simulation de Cas Réels de Correction.
Directeur de thèse: Tarek HASSINE

Résumé :

• Les fils de type Ni-Ti à effet super-élastique sont actuellement utilisés intensivement pour remplacer les aciers inoxydables permettant la production des fils orthodontiques. Plusieurs auteurs ont essayé de modéliser le comportement des fils d'orthodonties à travers des essais de traction. Cependant, aucune étude n'a été présentée, à notre connaissance, permettant de simuler le comportement des fils en Ni-Ti en présence d’hydrogène dans un cas de correction orthodontique.
• Une étude bibliographique a été établie. Elle présente les alliages à mémoire de forme d’une manière générale dans une première partie. La seconde partie s’intéresse à l’application de ces alliages dans le domaine d’orthodontie. Cette deuxième partie commence par la description du phénomène biologique, les mouvements dentaires possibles et le traitement de correction orthodontique. Ensuite, elle présente les fils en Ni-Ti et les propriétés mécaniques de cet AMF.
• Des essais de flexion du fil en AMF Ni-Ti ont été simulés numériquement permettant de déterminer la force générée par ce fil lorsqu’il est inséré dans trois boitiers orthodontiques.
• Un modèle 2D, comportant une dent, le ligament parodontal et l’os, a été conçu. A travers ce modèle, trois mouvements orthodontiques ont été reproduits pour une durée de traitement égale à un mois en intégrant la loi de remodelage osseux. Les résultats numériques obtenus coïncident avec les résultats cliniques qui affirment que, pendant un mois, le déplacement dentaire est de l’ordre de 1 à 1.2mm.
• Dans un travail ultérieur, nous allons préparer un montage qui permet de reproduire quelques mouvements orthodontiques pour déterminer le comportement du fil en AMF Ni-Ti en présence de l’hydrogène, intégrer l’effet de l’hydrogène dans une loi de comportement et valider les résultats numériques par les résultats expérimentaux.

Thèse 4: : Mohamed Amine LARIBI
Année de première inscription en thèse : 2013/2014
Spécialité : Mécanique de matériaux
Intitulé du sujet de thèse :Caractérisation et Modélisation du comportement micromécanique des matériaux composites SMC sous chargement thermomécanique de type quasi-statique et fatigue.

Directeur de thèse : Hachmi BEN DALY
Structure de recherche & Etablissement : Laboratoire de Mécanique deSousse, LMS
Dans le cas d'une thèse en cotutelle :
Co-Directeur de thèse :Abbas TCHARKHTCHI
Etablissement/Université : Ecole Nationale des Arts et Métiers, ENSAM ParisTech
Pays : France

Résumé :

• Les matériaux SMC (SheetMouldingCompound) sont au cœur des développements de structures composites dans l’industrie automobile, notamment pour des pièces de carrosserie. Ce matériau est utilisé pour certain pièces d’habillage et de structure tels que les capots moteur, les bandereaux latéraux, plancher et calandres ainsi comme absorbeurs de chocs.
• L’analyse et les développements proposés dans cette étude sont fondés sur une constatation expérimentale essentielle : les matériaux composites à renforts discontinus lorsqu’ils sont soumis à des chargements répétés subissent un endommagement diffus qui se traduit par une baisse de raideur progressive. De précédentes études ont montré que, comme dans le cas des chargements monotones quasi-statiques, c’est essentiellement l’endommagement à l’interface fibre-matrice qui est à l’origine de la baisse de raideur. En traction quasi-statique, on peut constater que la première non-linéarité intervient dès 20 à 30% de la charge à rupture simultanément avec les premiers décollements d’interface fibre-matrice. Le phénomène est diffus et touche progressivement toutes les orientations de fibres avant coalescence des fissures et rupture.
• L'objectif de l'étude est d’apporter une réponse à un besoin de maîtrise du dimensionnement de pièce de structure en composite SMC soumis à des sollicitations de type fatigue sous différents niveaux de température.
• Ainsi, cette étude se décompose en une partie expérimentale et une partie modélisation. Les résultats expérimentaux sont utilisés pour accéder aux données nécessaire à la construction d'un modèle micromécanique prédictif qui à son tour fournira les éléments nécessaires aux calculs de structure par éléments finis.

Thèse 5:  Hassen MEFTAH
Année de première inscription en thèse : 2014/2015
Spécialité : Mécanique de matériaux
Intitulé du sujet de thèse : Etude du comportement dynamique couplée au vieillissement de composites totalement recyclés à renfort carbone : de la caractérisation à la modélisation multi-échelles
Directeur de thèse : Hachmi BEN DALY
Structure de recherche & Etablissement : Laboratoire de Mécanique deSousse, LMS
Dans le cas d'une thèse en cotutelle :
Co-Directeur de thèse :Abbas TCHARKHTCHI
Etablissement/Université : Ecole Nationale des Arts et Métiers, ENSAM ParisTech
Pays : France

Résumé :

• Ce travail se déroule suivant deux axes complémentaires. Le premier axe consiste à d’étudier et de modéliser d’une part le comportement mécanique à grandes vitesse de sollicitation (de 10-3 à 100 s-1) d’un composite totalement recyclé destiné pour des applications automobiles de type crash et comprendre les mécanismes d’endommagement qui entrent en jeu. Quant au deuxième axe, il s’intéresse, d’une part à l’étude et la modélisation cinétique de l’effet du vieillissement thermique (oxydation) sur la matrice et son composite. D’autre part, une étude de l’influence de l’oxydation sur le comportement mécanique à l’échelle macro (à différentes vitesses de déformations) et micro (essais in situ) du composite est mise en place. La finalité derrière ce travail est de coupler développer une méthodologie expérimentale et numérique permettant d'appréhender le couplage vieillissement-crash de façon prédictive pour le dimensionnement des pièces automobiles.
  

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Création : 8 janvier 2019

Equipe systèmes mécaniques 

1.  Modélisation des systèmes mécatroniques 

Ce thème est  développé en collaboration avec l’équipe de l’Ingénierie numérique  du Laboratoire Quartz sous la direction  par Professeur  Jean-Yves Choley. Deux thèses en cotutelle sont en cours

Thèse 1 : Prise en compte de la sûreté de fonctionnement lors du choix d’architectures des systèmes complexe  

Les contraintes de la sûreté de fonctionnement pour les systèmes multidisciplinaires doivent être prises en compte dès la phase de conception et plus précisement dans la phase de la définition de l’architecture du système. L’intégration du MBSA (Model-Based Safety Assessment) avec le MBSE (Model-Based System Engineering) a permis de générer systématiquement un modèle primaire de FMEA ( Failure Mode and Effects Analysis) et FTA (free Tree Analysis). Cependant l’absence du lien entre ces analyses et le modèle système ne permet pas la prise en compte des contraintes de sûreté de fonctionnement au début de la conception. Ce retard peut s’avérer couteux une fois les défauts de fonctionnement sont détectés tradivement.
L’objet de cette thèse est d’évaluer les conséquences de chaque défaut potentiel et de prévoir une solution à ce défaut lors de la phase de conception. La méthodologie choisie est de se baser sur l’ingénierie système (IS) et le langage de modélisation des systèmes SysML pour traiter systématiquement les FTA et Les FMEA d’un système multidisciplinaire et générer des solutions aux défauts potentiels ainsi qu’effectuer les modifications nécessaires sur les différents diagrammes du SysML pour les intégrer dans l’architecture conçue.

Thèse 2 :  Contribution à l’analyse de cohérence des modèles système, multiphysique et sûreté de fonctionnement

Le processus de conception des systèmes complexes implique l’utilisation de langages et outils différents pour la modélisation et la simulation de leurs structures et de leurs comportements : modèles système (par exemple avec SysML), modèles de pré-dimensionnement multi-domaines et multi-physiques (par exemple avec Modelica, Simulink), modèles 3D (Catia) et modèles sûreté de fonctionnement (par exemple avec Model Checking, FMEA, FTA et des langages tels que Altarica). La conséquence principale en est un risque fort d’incohérence entre les différentes vues du système. Actuellement, cette cohérence est assurée sans support numérique par les experts des différents domaines, sans garantie formelle de cohérence. Une solution consiste à utiliser les transformations automatiques de modèles mais dès que la complexité du système devient non négligeable, les modèles obtenus sont souvent soit incomplets, soit pollués par des informations superflues. Une solution pragmatique consisterait à vérifier cette cohérence a posteriori afin que les différents concepteurs puissent corriger leurs modèles en conséquence. Cette dernière voie n’a que très peu été évaluée scientifiquement.
Afin de garantir la cohérence des différents modèles d’un même système pour en formaliser la structure et le comportement, il s’agit de définir les solutions théoriques et formelles permettant de détecter et de mettre en évidence les incohérences entre les différentes vues du système, avec propositions de solutions devant être prises en compte par les concepteurs chargés de réaliser les différents modèles.

Thème 2 : Etude des robots parallèles 

Synthèse dimensionnelle sphérique:

• Le manipulateur parallèle sphérique (SPM) 3-RRR étudié  fait partie d’une interface haptique pour une opération chirurgicale mini-invasive.
• Il s’agit d’optimiser les 3 angles de chacune des trois jambes du robot en vue d’obtenir un mécanisme capable d’assurer l’espace de travail désiré qui est un cône de centre le robot et d’angle au sommet de 60° et de Maximiser la dextérité le long de cet espace de travail. Les résultats obtenus (figures ci-dessous) ont abouti  à un espace de travail  contenant des zones de bonne dextérité (en rouge)  alors que cette dextérité diminue en s’approchant des zones de singularité qui sont les deux petits cercles blanc.

• La présence des positions singulières à l’intérieur de l’espace de travail désiré affecte la commande en vitesse du robot. Pour les éviter, une deuxième optimisation a été lancé pour éviter ce problème. Il s’agit d’introduire le critère de non singularité à l’intérieur de l’espace de travail désiré. 

• Si les jeux permettent de résoudre le problème de montage des mécanismes hyperstatiques,  leur présence ainsi que  les erreurs de fabrication dans le cas des mécanismes isostatiques  affectent leur précision des déplacements. Pour voir le problème de tous ces cotés nous avons essayé  d’apporter une évaluation des effets des jeux et des erreurs de fabrication sur la précision du déplacement d’un RPS isostatique. Dans ce travail,  nous avons essayé de voir si  les erreurs de fabrication ont le même effet sur les différentes versions isostatiques du SPM et quel effet combiné des jeux et des erreurs sur le 3-RCC. Ainsi nous avons modélisé les erreurs de fabrication et les jeux comme des torseurs des petits déplacements. Ceci nous a permis d’obtenir un modèle géométrique linéaire du mécanisme à partir des équations de fermeture des cycles indépendants. Les inconnues de ce système linéaire sont les petits déplacements des liaisons en fonction des torseurs des erreurs de fabrication et des jeux données. Une méthode probabiliste a été utilisée pour évaluer les erreurs de déplacement de la plateforme mobile  du robot.  Dans ce cadre un premier travail de comparaison de la précision des 4 versions isostatiques du RPS issus de la littérature. Le 3RRS, 3RSR, 3RUU et le 3RCC. Ce travail a montré qu’à 95% des résultats obtenus les erreurs en orientation et en translation de la plateforme mobile sont différentes. Ce qui prouve que le comportement de ces versions n’est pas le même.

• Pour l’étude des effets combinés des erreurs et des jeux sur le 3-RCC nous avons montré qu’il existe une correspondance entre les zones de dextérité faible et les zones des erreurs élevées en orientation et en translation. Nous avons montré aussi que la répartition des  résultats obtenus est asymétrique par rapport à la valeur moyenne des erreurs. Nous avons montré aussi que le principe  de superposition des effets de jeux et des erreurs de fabrication n’est pas vérifié. 

Synthèse dimensionnelle d’un translateur 

•  Notre étude consiste à optimiser les paramètres géométriques du translateur le tripyramide en partant d'un espace de travail prescrit. Nous proposons une approche d'optimisation multi-objectifs basée sur la méthode des algorithmes génétiques qui vise à minimiser l’espace de travail de ce manipulateur et maximiser la dextérité globale. Ce travail vient dans une approche plus générale de comparaison des performances de plusieurs translateurs en vue de prescrire le même espace de travail désiré.

Modèle dynamique du robot 3-RRR:

• Dans ce travail on s’intéresse au développement du modèle dynamique du robot sphérique 3-RRR pour permettre sa commande en force. Pour obtenir ce modèle nous avons utilisé deux méthodes, la méthode de Lagrange et la méthode d’Ozgür basée sur la méthode de Kane. Le but est de choisir une méthode qui s’adapte le mieux avec les robots sphériques. Les résultats obtenus sont très proches. 

Thème 3 : Biomécanique :

Thème 4 : Modélisation des véhicules à deux roues (V2R) : 

• L’objectif général de ce travail  est le renforcement de la sécurité des véhicules à deux-roues motorisés (V2R). Dans ce contexte,  deux modèles sont développés, un modèle numérique et un modèle analytique. Le modèle numérique du système moto-pilote-route, réalisé dans environnement de Co-simulation (ADAMS/Simulink), est conçu  pour évaluer le comportement réel du système pour certains manouvres (virage, changement de voie..).  Ce modèle numérique est composé d’un modèle multi-corps du système (pilote + V2R) et d’un contrôleur  sous forme d’un simple régulateur PID pour simuler les actions de pilote. 

(a)Couple de braquage. (b) Evolution des angles
(a)Couple de braquage (b) Evolution des angles de roulis et braquage (virage en « U ») de roulis et braquage (changement de voie)
 

• Le deuxième modèle est analytique. Il est développé en considérant  la moto comme étant un robot mobile. 

                             Modèle articulaire de V2R                                

• Ces modèles sont utilisées pour l’optimisation des paramètres de conception du système de suspension semi-actif ainsi que l’adaptation des systèmes de sécurités qui existent dans les véhicules légers aux spécificités des V2R motorisés.
• Deux stratégies de base sont utilisées pour contrôler le système de suspension semi-actif, le skyhook continu et le skyhook modifié. En utilisant le modèle développé, une procédure d’optimisation multi-objectifs, basée sur la méthode de l’algorithme génétique (NSGA-II), est proposée. L'objectif est d'optimiser les paramètres des deux lois de contrôle des systèmes de suspension afin d'améliorer la sécurité et le confort de roulement. Pour étudier l'efficacité de cette approche, les résultats de l'optimisation sont utilisés dans différentes simulations et sont comparés à ceux obtenus à partir d'une simulation d'un V2R équipé d'un système de suspension passif. Les résultats montrent que les deux stratégies de contrôle du système de suspension semi-actif apportent une amélioration par rapport au système de suspension passive. De plus, les résultats d'optimisation multi-objectifs montrent que «Skyhook modifié» garantit une sécurité de conduite plus élevée, alors que le «Skyhook continu» garantit un niveau de confort de conduite plus élevé.
  

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Création : 8 janvier 2019

Laboratoire de Mécanique de Sousse
Gestion de l'équipe de simulation numérique et organisation du travail
Chef d'équipe : Prof. Zoubeir Tourki

I- Méthodologie adoptée

    Objectifs de l'équipe: 

• Apprendre aux doctorants comment définir des objectifs précis et pertinents, individuels et collectifs.
• Acquérir un savoir faire en matière de modélisation et de simulation numérique
• Améliorer continuellement la qualité scientifique des travaux de recherche au niveau des publications (articles et communications)
• Garantir l'apprentissage productif et coopératif tout au long de la formation doctorale, en se basant sur les expériences des membres de l'équipe de différents niveaux
• Garantir un encadrement doctoral performant
• Créer une meilleure synergie de collaboration entre compétences au sein de l'équipe et aussi avec les partenaires des milieux académique et industriel.
• Travailler pour le rayonnement du LMS à travers l'équipe numérique, dans les conférences nationales et internationales     

II-Actions de recherche programmées pour (2017-2018)

     Formation et animation scientifique

Soutenances de thèses des doctorantes: 

Synthèses des travaux de recherche                                                                                                                                 

Equipe de simulation numérique
2016-2017

• Doctorante: Boutheina BEN FRAJ
• Directeur de thèse : Pr. Zoubeir TOURKI
• Sujet de thèse: Etude biomécanique et caractérisation thermomécanique en compression d'un alliage à mémoire de forme du type NiTi riche en Ni: Cas d'application sur un implant intervertébral.
• Synthèse :
• L'alliage à mémoire de forme du type NiTi riche en Ni est un biomatériau qui a des propriétés physico-chimiques et thermomécaniques très spécifiques par rapport à d'autres alliages. Ce biomatériau n'est pas encore exploité dans le domaine de la biomécanique rachidienne et cette thèse présente une partie d'un grand projet qui consiste à inventer des nouveaux implants intervertébraux en NiTi. Le travail expérimental de cette thèse porte sur la caractérisation du comportement thermomécanique du matériau en compression dans des conditions bien déterminées (température, vitesse et milieu du refroidissement du traitement thermique), ce qui est nécessaire pour prédire son fonctionnement après son implantation dans un tissu vivant.
• La figure ci dessous montre la réponse du NiTi (traité à 550°C pendant 1h et refroidi à l'air ambiante) suite à une charge/décharge en compression à différentes températures. Le résultat obtenu met en évidence les deux principales propriétés du matériau étudié : l'effet superélastique (SE) et l'effet mémoire de forme (MF).

 Comportement du NiTi en compression à différentes températures d'essai (T)

Doctorante: Samar ARFAOUI
Directeur de thèse : Pr. Zoubeir TOURKI
Sujet de thèse: Modélisation et simulation numérique de la coupe d’un matériau à changement de phase

Synthèse : 

• L’usinage dur est un processus de fabrication connu par l’apparition d’une couche blanche à la surface des pièces usinées. Cette couche est un état métallurgique résultant d’une transformation de phase activée pendant l’usinage des matériaux durs. En effet le passage de l’outil de coupe engendre un chauffage de la matière avec une vitesse très élevée permettant ainsi le déclenchement de l’austénitisation et puis suite au refroidissement à l’air ce taux d’austénite se transforme en martensite dur et fragile. L’intérêt de cette étude est de développer un modèle d’usinage de l’acier dur AISI52100 sur le logiciel de calcul des éléments finis ABAQUS 6.10. Après avoir validé le modèle 2D de coupe orthogonale dans des travaux antérieurs, on a utilisé le logiciel de calcul statistique Minitab pour le traitement des résultats. En effet, on a réalisés 27 essais de simulation numérique pour un plan d’expérience de 3 facteurs à 3 niveaux. Les facteurs pris en considération sont les conditions de coupe (profondeur de passe, vitesse de coupe et vitesse d’avance). Les résultats obtenus sont de type mécaniques (efforts de coupe et efforts d’avance) et métallurgique (épaisseur de couche blanche). L’étude des effets et interactions des paramètres sur les résultats obtenus a été réalisé et par la suite une étude d’optimisation a été mené afin de trouver les paramètres optimales conduisant à la minimisation des efforts d’usinage et d’épaisseur de couche blanche

Figure : (a) Méthode de prédiction de couche blanche 

(b) Etude des interactions des paramètres de coupe sur l’épaisseur de la couche blanche

 Doctorante: Mariem DAKHLI
Directeur de thèse : Pr. Zoubeir TOURKI
Sujet de thèse: Étude du procédé de formage incrémental à un point SPIF.

 Synthèse : 

Le formage incrémental est un procédé de fabrication qui consiste à déformer localement une tôle à l’aide d’un outil à bout hémisphérique de faible diamètre par rapport aux dimensions de la tôle. L’intérêt de ce procédé est de garantir la forme de la pièce, uniquement par la génération des trajectoires de l’outil, prédéfinies par un système CFAO. Les forces appliquées par l’outil sont assez faibles, ce qui réduit le coût global des outillages. De plus, comme pour l’emboutissage, le temps de production est relativement élevé, ce qui limite l’utilisation du procédé à la réalisation de prototypes ou de pièces en petites séries. En effet, nombreux travaux de recherche ont été menés pour tester la faisabilité de ce procédé dans certains domaines tel que l’aéronautique et le domaine biomédical. Les résultats obtenus semblent encourageante. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce projet de thèse. Donc, l’intérêt de ce projet est de faire une étude expérimentale et numérique du procédé de formage incrémental à froid à point SPIF. Les travaux que j’ai réalisés sont :

• Conduite d’une campagne d’essais expérimentaux sur des éprouvettes de tôles minces
• (aluminium, cuivre, acier doux) en vue d’étudier les paramètres influençant le procédé tels que la vitesse de rotation de la broche, les vitesses d’avance axiale et radiale, l’incrément de déformation et les conditions tribologiques.
• Mesure de la rugosité des différents emboutis formées.
• Topographie des surfaces embouties par SPIF.
• Numérisation 3d des pièces embouties en vue d’examiner la précision dimensionnelle des pièces.
• Rédaction et publication d’un article dans The International Journal of Advanced Manufacturing Technology « Effect of generatrix profile on single-point incremental forming parameters »
• Une modélisation du comportement des structures minces soumises à un cycle de formage incrémental SPIF par ABAQUS basée sur les résultats expérimentaux.
  

Figure : Mesure de la rugosité à l’aide d’un altimètre

Doctorante: Wissal MEHRI Ep BELKHIRIA
Directeur de thèse : Pr. Zoubeir TOURKI
Sujet de thèse: Modélisation et simulation du comportement des verres métalliques massifs

Synthèse : 

• Suite à des essais mécaniques, on remarque que le comportement des verres métalliques massifs en traction se diffère de celui en compression dont la rupture se produit après une certaine déformation plastique, mais suite à une sollicitation de traction, le comportement est fragile et la rupture se produit après une localisation intense de déformation dans des bandes très fines de cisaillement et parfois une seule bande dominante traverse la coupe entière de l’échantillon sans écoulement plastique remarquable.
• Cette modélisation est basée sur une représentation en coordonnées polaires de la surface d’écoulement dans l’espace des contraintes principales prenant en compte l’orientation des axes principaux de chargement.
• Etude de sensibilité des paramètres physiques et mécaniques tel que la vitesse de déformation et la concentration du volume libre initial a été faite et on a trouvé un très bon accord qualitatif avec les données expérimentales disponibles sur la propagation de la bande de cisaillement et la relation contrainte-déformation. Ce modèle nous permet d'étudier l'interaction entre la nucléation d’une bande individuelle de cisaillement et la concentration du volume libre et fournit un éclairage précieux pour les mécanismes élémentaires à l'origine de l'écoulement plastique (figure1).
  

 Figure 1. Simulation de la déformation d’un échantillon de verre métallique.

Doctorante: Wafa DANDANA
Directeur de thèse : Pr. Khalil HAJLAOUI
Sujet de thèse: Effet de chargement par hydrogène sur les propriétés des alliages métalliques amorphes

 Synthèse : 

•  Au cours des 60 dernières années, le développement des alliages amorphes a attiré l'attention des scientifiques vu qu’ils présentent des propriétés intéressantes favorisant de nouveaux champs d'application. Les matériaux amorphes caractérisés par une structure atomique ordonnée à courte distance présentent des bonnes propriétés mécaniques, physiques et chimiques. Récemment, dans de nombreuses études, l'ajout d'un autre élément à la composition des verres métalliques s'est avéré avoir un effet significatif sur les propriétés mécaniques, structurales ainsi que sur la stabilité thermique et même sur l’élaboration de la phase amorphe.
• Il est presque impossible de produire des alliages sans hydrogène vu qu’il est il est soit mélangé ou absorbé par de nombreux matériaux métalliques lors de la préparation ou aussi lors des traitements électrochimiques. La présence d'hydrogène dans les métaux provoque un problème de dégradation mécanique appelé la fragilisation par l'hydrogène. Actuellement, plusieurs recherches ont montré que l’hydrogène provoque parfois une fragilisation et d’autres fois un effet d’adoucissement lorsqu’il est en contact avec le verre métallique. On outre, des alliages métalliques cristallins sont utilisés pour des applications dans l'environnement de l'hydrogène. Cependant, ils se fragilisent suite à un chargement par hydrogène, ce qui affecte négativement leurs performances. De plus, les technologies d'hydrogène énergétique telles que les membranes de purification d'hydrogène de haute qualité nécessitent un bon choix de matériau avec une excellente résistance à la fragilisation d'hydrogène, une perméabilité à l'hydrogène élevée et une bonne stabilité thermique. Et puisque les alliages métalliques à base de Zr ont une grande affinité à l’hydrogène, il est d’une grande importance d’étudier l’effet d’hydrogène sur le comportement des verres métalliques et voir s’il est possible de les utiliser, étant un matériau très résistant avec excellentes propriétés mécaniques, pour fabriquer des dispositifs de purification et de stockage d’hydrogène. Dans ce travail on a choisi de travailler avec deux compositions différentes de verre métallique, le premier est un alliage amorphe à 5 éléments chimiques Zr57Al10Cu15.4Ni12.6Nb5 et le deuxième est d’une structure ternaire Zr50Cu40Al10. Toute une étude a été détaillée concernant la deuxième composition d’alliage amorphe (verre métallique ternaire). Ces résultats fournissent une meilleure compréhension de l’effet d’hydrogène sur un verre à 5 éléments chimiques (adoucissement) et un autre ternaire (durcissement).Une comparaison a été faite entre les deux compositions de structure différentes pour mieux comprendre l’effet inverse d’hydrogène sur le comportement des deux alliages.

Figure . Variation de l’énergie de déformation plastique en fonction du temps de chargement par hydrogène comparaison entre les deux structures: (a) structure à 5 éléments Zr57 et (b) structure ternaire Zr50.

 Doctorante: Hanen MAHJOUBI
Directeur de thèse : Pr. Zoubeir TOURKI
Sujet de thèse: Modélisation du couplage entre les deux mécanismes endommagement et cristallisation et la modélisation d’une loi d’évolution de ce couplage au cas des polymères semi-cristallins sous chargement cycliques.

Synthèse:

Aujourd’hui les polymères sont de plus en plus fréquemment utilisés pour remplacer les structures métalliques. Toutefois, ces structures en polymère devant répondre aux mêmes contraintes que les structures métalliques, une analyse approfondie de leur comportement s’avère nécessaire, notamment pour s’assurer de leur tenue dans le temps. L’objective de ma thèse porte sur la amélioration de la connaissance du comportement mécanique du polymère thermoplastique et d’étudier le mécanisme de la transformation de phase induite par déformation. Nous avons choisi comme matériau pour étudier le Poly-Lactic Acid (PLA) comme il se caractérise par le développement de deux phases : mésomorphe ou /et cristalline à partir de la phase amorphe. Pour atteindre cette objective :

Nous avons réalisé une étude approfondie sue le comportement mécanique Poly-Lactic Acid (PLA) et sur des différents modèles réalisés en introduisant la transformation de phase induite par déformation.

• Nous avons déterminé un nouveau modèle du comportement mécanique de PLA en étirement en tenant compte de transformation de phase induit.
• Nous avons modélisé de l’évolution de la phase mésomorphe et cristalline induite par étirement
• Nous avons Identifié des différents paramètres en tenant compte de l’effet de la cinétique sur le comportement.
• Nous avons intégré le nouveau modèle en MATLAB
   

 Figure : a) schéma représentatif du modèle rhéologique- b) Comparaison de simulations de modèle et de données expérimentales pour le comportement mécanique de PLA en étirement  pour trois différentes températures :         45°C-70°C-90°C.

Doctorant: Sami Ernez
Directeur de thèse : Pr. Zoubeir TOURKI
Sujet de thèse: Dégivrage des aéronefs au sol par jet d’éthylène glycol
Synthèse:

• L’objectif de ce projet est de modéliser différents scénarios de dégivrage d’épandage d’éthylène glycol sur une surface froide simulant une aile d’avion. Plus spécifiquement, nous allons identifier d’abord un modèle mathématique et une méthode numérique approprié pour la modélisation d'un jet liquide d'éthylène glycol impactant une surface partiellement givrée. Nous allons proposer ensuite un modèle permettant de simuler la fonte et l'enlèvement de la glace en fonction des forces d'impact et la température du jet. Nous Vérifierons et validerons le modèle mathématique proposé afin d’identifier enfin les paramètres les plus importants à respecter lors d'une mise à l'échelle en laboratoire.

Schéma du procédé de dégivrage au sol des aéronefs

Retombées prévues et impact industriel :

Nous prévoyons à l’issue de notre étude une diminution des volumes d'éthylène glycol utilisés dans les aéroports ce qui pourrait rendre l'opération de dégivrage moins chère et moins polluante. Notre travail contribuera aussi au développement de logiciels de simulation numérique de dégivrage pour la formation des dégivreurs en nacelle à l'aide des études paramétriques qui pourront être réalisées. Il important de mentionner qu’il n'existe pas de tel logiciel actuellement.
L’analogie avec les moteurs à combustion pourrait aussi nous amener dans le long terme à robotiser le procédé de dégivrage dans le but de proposer une trajectoire optimale de la buse visant à conserver le liquide chaud le plus longtemps que possible sur la surface contaminée avant qu’il ne s’écoule sur l’aire du trafic. Arrivé à ce stade, des résultats pratiques pourront être facilement enregistrés et utilisés dans l’optique d’une optimisation continue du procédé.

Bilan 2012-2018 : Equipe Simulation numérique