Intervenant : Mario Spagnuolo du Département d’ingénierie civile, environnementale et architecturale (DICAAR) de Université de Cagliari

Date/Lieu : vendredi 28 juin à 11h au bâtiment L2 salle 324-322.

Titre : Pantographic metamaterials: Phenomenology and models

Résumé : The mechanical behavior of fibrous metamaterials is mainly determined by the interactions between the fibers composing the architecture. These interactions are usually of two different kinds: the ones directly depending on the positions of the fibers and those that need mediators, usually consisting in hinges, either inelastic or perfect, inducing restrictions on the kinematics of the fiber joints.
In cases of interest, it has been observed that hinges can either have a certain torsional stiffness or behave as perfect joints, simply ensuring that the fibers remain interconnected, but not applying any constraint on the relative rotations between them.
Effects of torsional stiffness of hinges is studied in tests for the pantographic metamaterial.

Date/Lieu : vendredi 28 juin à 10h au bâtiment L2 salle 324-322

Titre : Elucidating the Role of 3D Deformation Twins on the Plasticity of Hexagonal Close-packed Metals

Auteurs : C.N. Tomé, D.A. Greeley, H. Vo, D. Bamney, K. Dang, R.J. McCabe, L. Capolungo

Résumé : Deformation twins play a key role in the strength, ductility, and hardness of technologically important hexagonal close-packed metals (e.g., Mg, Ti, Zr) and their alloys. In essence, nucleation, propagation, and interaction of deformation twins influence plastic strain accommodation in these materials. Thus, a comprehensive understanding of twin evolution is essential to unravel the microstructural basis of plasticity in hcp metals/alloys, with implications for optimizing their performance in various engineering applications.
It has been known for a long time that twins grow as 3D domains inside the grains and transmit across grain boundaries. However, until a few years ago the material’s science community – our BES Program included – has mostly focused on characterizing twinning from 2D sections of the aggregate. The focus of this presentation is on our recent efforts in investigating the full 3D character of deformation twins and their associated networks. This presentation combines TEM and EBSD statistics with Molecular Dynamics and anisotropic Phase Field modeling to understand twin transmission across grain boundaries and formation of twin-twin junctions. Our 3D characterization reveals that twin transmission is much more complex than previously assumed from 2D characterization. We find that some criteria regarding twin nucleation and propagation need to be revised both, for better understanding of the mechanisms and for incorporating them into modeling frameworks.

Intervenant : Sana Koubaa de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax

Date/Lieu : mardi 7 juin à 10h au bâtiment L2 salle 324-322

Titre : Endommagement des matériaux par l’approche phase field : extension au couplage multiphysique

Intervenant : Catalin Picu du département d’ingénierie mécanique, aérospatiale et nucléaire, Institut Polytechnique Rensselaer (Troy , Michigan USA)

Date/Lieu : 22 mai à 14h à Salles de Réunions 324-322 bâtiment L2.

Titre : Modélisation numérique du comportement dynamique de matériaux poreux

Résumé : Molecular crystals are distinct from common crystals in that they are composed from molecules placed at each lattice site. Therefore, plastic deformation engages both lattice and intra-molecular deformation modes and the flexibility of the molecules becomes important. In this work we study aspects of plastic deformation in two energetic molecular crystals, HMX and RDX. Using molecular models, we identify the active slip planes, determine the Peierls stresses, the strain rate sensitivity, and the mechanism of dislocation-dislocation interaction controlling strain hardening. Since these crystals have soft (electrostatic) inter-molecular interactions, strong (covalent) intra-molecular bonding and some degree of steric hindrance, the crystal is elastically soft and plastically hard, as well as particularly pressure-sensitive – a behavior not usually encountered in monatomic crystals. This physical information is used to construct a pressure and strain rate sensitive constitutive model for HMX, which is then used to simulate boundary value problems on the continuum scale, including pore collapse under shock conditions, which is considered to be the main mechanism for reaction initiation in energetic crystals. The results can be used to establish the relation between the microstructure of a plastically bonded explosive (PBX) and its sensitivity to un-intentional detonation and, in general, for PBX design.

Intervenant : Vu-Hieu Nguyen du Simulation Multi Echelle (MSME) de l’Université Gustave Eiffel

Date/Lieu : 25 mars à 16h à Salles de Réunions 322 bâtiment L2.

Titre : Modélisation numérique du comportement dynamique de matériaux poreux

Résumé : Les milieux poreux saturés sont constitués d’un squelette solide saturé par un ou plusieurs fluides. Ils interviennent dans de nombreuses applications de la mécanique, notamment les biologiques, les roches ou les sols saturés d’eau, de gaz ou de pétrole en géophysique ou les matériaux d’isolation par exemple. Dans cet exposé, je présenterai quelques développements réalisés par notre équipe pour étudier le comportement multi-échelle de matériaux poreux en régime dynamique. Dans ce contexte, différents modèles seront considérés : (1) des milieux poreux à simple porosité pour lesquels une seule échelle des pores est considérée ; (2) des milieux poreux à porosité multiple dans lesquels la phase solide pourrait être elle-même un milieu poreux et plusieurs échelles des pores doivent être tenues en compte ; (3) milieux poreux hétérogènes périodiques dans lesquels le contraste des propriétés physiques des constituants peut être faible ou forte.

Date/lieu: vendredi 22 mars à 14h au bâtiment L2 ( salle 322-324).

Intervenant: Ronan Delalande, Laboratoire PIMM, CNAM)

Titre : A wavy travel to mechanical properties measurement

Resumé : Mechanical behaviour of materials or even structure result from a large diversity of properties. Measuring even some of the simpliest one of them may become complicated when dimensions (for example) come into play. In order to disregard some of the challenges, mechanical waves are probably some of our best informers. From elasticity to plasticity. From linearity to nonlinearities. From residual stress to cracks propagation monitoring. From nanoparticles to aeronautical composites. During this seminar a « wavy » travel to is proposed to non (or sometimes not that much) destructive measurements of mechanical properties.

Date/lieu: mercredi 6 mars 2024 à 14h au bâtiment L2 ( salle 322-324).

Intervenant: Thomas Merlette, Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) de l’Ecole Polytechnique

Titre : Amorphous glassy polymers and carbon fiber-reinforced polymers: two examples of heterogeneous materials

Resumé : The mechanical properties of heterogeneous materials often result from the behavior and spatial distribution of heterogeneities in a complex way. Two examples of microstructure-property relationships in polymeric materials are presented here. The first example is a composite material consisting of long carbon fibers embedded in a thermoplastic polymer matrix. The fibers have a diameter of approximately 7 μm and exhibit temperature-independent elastic behavior, whereas the viscoelastic behavior of the matrix varies drastically between the glassy (low-temperature) and rubbery (high-temperature) states. Since the transverse isotropic linear viscoelasticity of the composite is difficult to characterize experimentally, the use of micromechanics is useful for predicting its homogenized behavior. FFT-based homogenization calculations are used to study the impact of microstructure and temperature on effective viscoelastic properties in the frequency domain. The study shows, in particular, that when phase contrast and fiber fraction are significant enough, the spatial distribution of fibers has an important impact on effective properties. The second example is that of amorphous glassy polymers, which are intrinsically heterogeneous materials. The characteristic length scale of heterogeneities is of the order of 5 nm and local viscoelastic behavior varies drastically from one heterogeneity to another, the relaxation times distribution spanning between 4 and 8 decades. Physically, the plasticity of those materials involves local monomeric rearrangements with associated energy barriers. The understanding of these mechanisms, and in particular the physical origin of strain hardening, is still the subject of numerous studies. In this work, a theory for strain hardening in glassy polymers is proposed, according to which monomer orientation increases the energy barriers to be crossed. The predictions of the model are studied using a numerical method analogous to Dissipative Particle Dynamics. Strain hardening then appears as an emergent property: it results from the slowing down of the dynamics of a small fraction of heterogeneous zones that can store higher elastic energy levels during deformation. We also show that this new theory is able to reproduce, at least qualitatively, specific memory effects such as the Bauschinger effect.

Date/lieu: Mercredi 07/02/24 à 15h / bâtiment L2 salle 324-322.

Intervenant: Leonard Turpin (Diamond Light Source,  Didcot, Oxfordshire, RU)

Titre : Corrélation d’images intégrée et rayons X

Resumé : La corrélation d’images intégrée (IDIC en 2D, typiquement à partir de photographies, et IDVC en 3D, typiquement à partir de tomographies) est un outil précieux qui, à partir de mesure de champ complet, permet de résoudre des problèmes d’identification. Considérant sa définition la plus large, elle consiste à résoudre le problème de corrélation d’images non pas sur une base éléments finis ou sur des imagettes mais sur une base réduite intégrant un modèle ou des connaissances a priori du comportement étudié. À condition que le modèle soit fidèle, l’IDIC/IDVC permet de minimiser l’incertitude sur les paramètres identifiés et est très robuste au bruit des images. L’application classique de l’IDIC/IDVC est l’identification de propriétés matériaux. Pour l’illustrer, on présentera l’identification de l’ensemble des paramètres thermoélastiques du modèle mésoscopique d’un composite à matrice céramique tissé 3D à partir d’un essai thermomécanique in situ sous tomographe. L’IDVC peut également être utilisée pour déterminer des paramètres géométriques, par exemple la position de l’interface issue de l’homogénéisation par zone d’un matériau.

Date/lieu : Mardi 06/02/24 à 11h – Bâtiment L2 salle 324-322

Intervenant : Joseph Paux (EiSINE – ITheMM – Université de Reims)

Titre : Plasticité des monocristaux poreux et fractales de bandes de glissement

Résumé : La croissance des cavités dans les polycristaux est un élément central dans la compréhension de la rupture ductile des métaux. A l’échelle du monocristal, cette croissance est fortement influencée par la plasticité cristalline environnante. Celle-ci tend à provoquer des champs de déformation complexes structurés en bandes de glissement. En présence de porosité, des structures fractales de bandes de glissement se forment autour des cavités. On peut tirer parti de cette structure récursive pour estimer la résistance du monocristal poreux et anticiper l’évolution de la forme des cavités.

Intervenant : Cuong Ha-Minh du Département Génie Mécanique et membre du Laboratoire Mécanique Paris-Saclay (LMPS)

Date/Lieu : mardi 23 janvier 2024 à 14h au bâtiment L1

Titre : « Modélisation et Identification du Comportement Mécanique des Tissus Secs et des Stratifiés jusqu’à la rupture finale : Défis et Solutions pour l’Avenir »

Mots clés : « Matériaux et Structures Tissés et Stratifiés, Comportement mécanique, Simulation, Modélisation, Dialogue Expérimental/Numérique, Approches numériques avancées »

Résumé :
Une stratégie de recherche scientifique est présentée pour étudier le comportement mécanique des tissus secs et des stratifiés en collaboration avec des partenaires académiques et industriels. L’originalité de cette approche réside dans l’utilisation prépondérante d’analyses numériques en dialogue avec des données expérimentales sélectives afin de caractériser, quantifier, et prédire correctement les mécanismes physiques à différentes échelles : micro-méso-macroscopiques.Les transitions d’échelle, les approches local/global, ainsi que les techniques numériques spécifiques ont été étudiées et développées pour optimiser la prédiction.

Les données expérimentales, obtenues directement de la littérature ou par le biais d’essais spécifiques sous notre supervision, ont permis d’identifier des modèles et de valider les résultats numériques. Sur la base des résultats numériques et expérimentaux, des modèles théoriques peuvent être proposés et développés pour permettre une prédiction en temps réel avec des outils de calcul universels tels que Matlab ou Scilab.

Face aux défis majeurs liés à diverses complexités, une alternative consiste à proposer et développer des outils numériques intelligents axés sur la recherche de quantités d’intérêt. Ces outils reposent sur des approches avancées telles que l’Analyse Isogéométrique, l’Erreur de Relation Constitutive (CRE), la Réduction des Modèles avec PGD (Proper Generalized Decomposition), le modèle de Taux d’Endommagement Limité, ainsi que des approches d’identification basées sur la Corrélation d’Images Numériques (DIC) et l’Intelligence Artificielle.

Intervenant : Jean Sébastien Lecomte du Laboratoire d’Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3, Metz)

Date/Lieu : 16 Janvier à 11h à Salles de Réunions L322 bâtiment L2.

Titre : « Effet des H et O sur les propriétés mécaniques locales des métaux hexagonaux »

Résumé : « Le sujet de ma présentation portera sur la détermination des propriétés mécaniques locales des métaux de structure hexagonale (HCP) et les effets des éléments légers sur ces propriétés. A travers deux exemples, je montrerai l’effet des éléments légers (O et H) sur l’activation des dislocations et du maclage dans des alliages de titane. Le premier exemple portera sur l’alliage de titane (α+β), TA6V, qui est l’alliage de titane le plus connu. Les essais macroscopiques en température montrent la présence d’un plateau athermique qui s’explique par l’interaction atomes d’oxygène-dislocations.
Le deuxième exemple portera sur l’effet de l’hydrogène sur les propriétés d’un alliage de titane commercialement pur (T40). Les résultats suggèrent que, lors du laminage à froid, l’hydrogène facilite la formation des macles de tension {1012} et la formation de dislocations géométriquement nécessaires. »