Offre de thèse
Caractérisation des performances dynamiques et amortissantes des structures en alliages à mémoire de forme : une approche numérique et expérimentale
Date limite de candidature
17-01-2025
Date de début de contrat
01-10-2025
Directeur de thèse
THIEBAUD Frédéric
Encadrement
Co-directrice de thèse
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 1 : Mécanique des Matériaux, des Structures et du Vivant (MMSV)contexte
Des premières études se sont intéressées à caractériser l'amortissement de structures unidimensionnelles en AMF soumises à des sollicitations simples (barres, arbres, poutres) ou encore des structures plus complexes. Des applications concrètes ont vu le jour dans le domaine du Génie civil notamment pour concevoir des systèmes antisismiques. Au bilan, il existe une base de données expérimentale intéressante pouvant être encore enrichie d'un point de vue « matériau » en étudiant l'influence de plusieurs paramètres physiques. De plus, peu d'outils numériques ont été développés à ce jour, pour prédire le comportement dynamique des structures en AMF et l'optimisation de leur pouvoir amortissant. Ces outils sont élaborés dans une optique de conception des systèmes amortissants notamment pour le génie civil. Enfin, si l'on se focalise sur le matériau, il n'est pas forcément évident aujourd'hui pour l'ingénieur de choisir une nuance d'AMF en particulier pour concevoir un amortisseur passif. De plus, le développement des procédés de fabrication additive devrait permettre d'amplifier le ratio transformation de densité/densité et ainsi la capacité massique d'amortissement.spécialité
Mécanique des Matériauxlaboratoire
LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
Mots clés
Alliages à mémoire de forme, Transformation martensitique, Simulation numériques, Essais dynamiques, Optimisation du pouvoir amortissant, Matériaux architecturés
Détail de l'offre
Ce travail de thèse vise à caractériser le comportement dynamique des alliages à mémoire de forme (AMF) en fonction de plusieurs paramètres physiques, et ce d'un point de vue matériaux puis d'un point de vue structure. Après une étude bibliographique, une campagne expérimentale de type DMA sera conduite sur plusieurs nuances d'AMF afin d'évaluer leur pouvoir amortissant. Un classement de leur performance sera alors établi. Cette première étape constituera également une base de données pour développer un outil numérique thermomécanique pour prédire le comportement vibratoire des AMF en analyse modale non linéaire. A l'issue, le travail précédent sera investi pour caractériser expérimentalement le comportement dynamique et le pouvoir amortissant d'une structure originale en AMF dont les facteurs matériels et géométriques sont issus d'une procédure d'optimisation numérique en considérant les cas des matériaux denses ou cellulaires.
Keywords
Shape memory alloys, martensitic transformation, numerical simulation, dynamical tests, damping capacity optimisation, Archittectured materials
Subject details
This thesis aims to characterize the dynamic behavior of shape memory alloys (SMAs) based on several physical parameters, first from a material perspective and then from a structural perspective. Following a literature review, an experimental campaign using DMA (Dynamic Mechanical Analysis) will be conducted on various SMA grades to evaluate their damping capacity. A performance ranking will then be established. This initial phase will also serve as a database for developing a thermomechanical numerical tool to predict the vibrational behavior of SMAs in nonlinear modal analysis. Subsequently, the previous work will be applied to experimentally characterize the dynamic behavior and damping capacity of an original SMA structure, whose material and geometric factors are derived from a numerical optimization procedure, considering both dense and cellular materials.
Profil du candidat
- Niveau master 2 en mécanique des matériaux et des structures
- Compétences en simulations numériques (Abaqus, Matlab notamment)
- Des connaissances sur les AMF seront un plus
- Rigueur scientifique
- Pro-activité
- curiosité
- Autonomie
- Bonne maitrise de l'anglais.
Candidate profile
- Master's degree (MSc) in Mechanics of Materials and Structures
- Skills in numerical simulations (particularly Abaqus and Matlab)
- Knowledge of SMAs would be a plus
Scientific rigor
- Proactivity
- Curiosity
- Autonomy
- Strong command of English.
Référence biblio
[1] Seelecke, S. (2002). Modeling the dynamic behavior of shape memory alloys. International Journal of Non-Linear Mechanics, 37(8), 1363-1374.
[2] Speicher, M., Hodgson, D. E., DesRoches, R., & Leon, R. T. (2009). Shape memory alloy tension/compression device for seismic retrofit of buildings. Journal of materials engineering and performance, 18, 746-753.
[3] Dolce, M., & Cardone, D. (2001). Mechanical behaviour of shape memory alloys for seismic applications 2. Austenite NiTi wires subjected to tension. International journal of mechanical sciences, 43(11), 2657-2677.
[4] Thiébaud, F., & Ben Zineb, T. (2014). Experimental and finite element analysis of superelastic behaviour of shape memory alloy for damping applications. Mechanics & Industry, 15(5), 371-376.
[5] Thiebaud, F., & Ben Zineb, T. (2024). Structural analysis of the dynamic response of a shape memory alloy based damper. Journal of Vibration and Control, 10775463241263374.