Topic description
Le comportement mécanique des matériaux métalliques sous sollicitation fortement dynamique (choc), et en particulier leur endommagement, est une thématique d'intérêt pour le CEA-DAM. Pour le tantale, l'endommagement est de nature ductile : par germination, croissance et coalescence de pores (vides) au sein du matériau. Les modèles usuels d'endommagement ductiles ont été développés à partir d'hypothèses simplificatrices de pores isolés dans la matière. Cependant des études récentes par simulations directes décrivant explicitement une population de pores répartis dans le matériau (ainsi que des observations expérimentales après rupture) ont montré l'importance de l'interaction entre pores pour la prévision de l'endommagement ductile. Toutefois, les mécanismes microscopiques de cette interaction restent à élucider. De plus, ces études numériques doivent être étendues aux échelles de longueur et de vitesses de sollicitation d'intérêt.
L'objectif de la thèse est d'étudier les phases de croissance et de coalescence de l'endommagement ductile au travers de simulations numériques directes d'un milieux poreux soumis à une sollicitation dynamique. Des simulations hydrodynamiques, dans lesquelles des pores seront maillés explicitement au sein d'une matrice continue, seront utilisées afin de se placer aux échelles d'intérêt de temps et de longueur. Le suivi de la population de pores au cours de la simulation renseignera à différents niveaux sur l'influence de l'interaction entre pores pendant l'endommagement ductile. D'abord, le comportement du massif sera comparé à celui prédit par les modèles classiques à pores isolés, montrant l'effet macroscopique de l'interaction entre pores. On s'intéressera également à l'évolution de la distribution de tailles dans la population de pores. Enfin, un dernier objectif sera de comprendre l'interaction microscopique pore à pore. Afin de tirer parti de la richesse des résultats de simulation, des approches issues de l'intelligence artificielle (réseau de neurones sur le graphe associé à la population de pores) seront utilisées afin d'apprendre le lien entre voisinage d'un pore et croissance de celui-ci.
Le/la doctorant(e) aura l'occasion de développer ses compétences en physique des chocs et en mécanique, en simulations numériques (avec l'accès aux supercalculateurs du CEA-DAM) et en science des données.
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The mechanical behavior of metallic materials under highly dynamical loading (schock) and especially their damage behavior is a topic of interest for the CEA-DAM. For tantalum, damage is ductile : by nucleation, growth and coalescence of voids within the material. Usual ductile damage models have been developed using the simplifying assumption that voids are isolated in the materials. However, recent studies by direct simulations explicitly describing a void population in the material (and experimental observations after failure) have shown the importance of void interaction for predicting ductile damage. Yet, the microscopical mechanisms of this interaction remain little known.
The objective of the PhD is to study the growth and coalescence phases of ductile damage through direct numerical simulations of a porous material undergoing dynamic loading. Hydrodynamic simulations, in which voids are explicitly meshed within a continuous matrix, will be used to study relevant scales of length and time. Monitoring the void population throughout the simulation will provide valuable information on the influence of void interaction during ductile damage. Firstly, the bulk behavior will be compared to the one predicted by usual models of isolated voids, showing the macroscopic effect of void interaction. Secondly, the evolution of the size distribution in the void population will be monitored. The last objective will be to understand microscopic void-to-void interaction. In order to take advantage of the wealth of simulation results, approaches based on artificial intelligence (neural networks on the graph associated with the pore population) will be used to learn the link between a void's neighborhood and its growth.
The doctoral student will have the opportunity to develop their skills in shock physics and mechanics, numerical simulations (with access to CEA-DAM supercomputers), and data science.
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Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : Département physique, expériences et modèles
Service : DPEM
Laboratoire : DPEM
Date de début souhaitée : 01-10-
Ecole doctorale : Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Energétique (ISMME)
Directeur de thèse : Kerfriden Pierre
Organisme : Centre des Matériaux – MINES Paris
Laboratoire : Centre des Matériaux UMR
Funding category
Public/private mixed funding
Funding further details
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