Bio-based aerogels: new eco-friendly porous materials for thermal insulation and controlled release
(SUJET POURVU)Modélisation de l'endommagement intergranulaire assisté par l'oxydation dans les superalliages à base de nickel
Spécialité | Mécanique |
Ecole doctorale | ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique |
Directeur de thèse | FOREST Samuel |
Unité de recherche | Centre des Matériaux |
Contact | |
Date de validité | 09/12/2023 |
Site Web | https://www.mat.minesparis.psl.eu/formation/doctorat/propositions-de-sujets-de-these/ |
Mots-clés | Plasticité cristalline, endommagement intergranulaire, oxydation, éléments finis, champs de phase Crystal plasticity, intergranular damage, oxidation, finite elements, phase field méthod |
Résumé | L'objectif de la thèse est de développer un outil de modélisation capable de rendre compte, explicitement et de manière couplée, des phénomènes d'endommagement local (microfissures et microcavités) et d'oxydation en lien avec l'initiation et la propagation de fissures intergranulaires. Le matériau support de l'étude sera un superalliage base nickel largement utilisé pour les aubes de la turbine basse pression des moteurs d'avion. Une première partie consiste à introduire une loi de comportement couplée à l'endommagement pour le joint de grains afin de reproduire des cinétiques d'endommagement macroscopiques différentes en fonction de la direction de chargement en fatigue et/ou fluage. La méthode des champs de phase sera utilisée à cet effet.
The objective of the thesis is to develop a modelling and simulation tool capable of accounting, explicitly and in a coupled manner, for the phenomena of local damage (microcracks and microcavities) and oxidation in connection with the initiation and propagation of intergranular cracks. The support material of the study will be a nickel-based superalloy widely used for low-pressure turbine blades in aircraft engines. The first part consists in introducing a damage-coupled consitutive law for the grain boundary in order to reproduce different macroscopic damage kinetics depending on the fatigue and/or creep loading direction. The phase field method will be used for this purpose.
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Contexte | Les superalliages base nickel sont des matériaux de choix dans les zones les plus chaudes des turbomachines aéronautiques. En fonction du procédé d'élaboration, la pièce peut présenter une microstructure mono-granulaire, de grains colonnaires ou poly-cristalline. Lorsque la microstructure possède des joints de grains, ces derniers peuvent jouer un rôle majeur dans l'initiation et la propagation de micro-fissures dans un certain domaine de chargement thermomécanique [1]. Ce rôle devient d'autant plus prédominant dès lors que des mécanismes de diffusion se déroulent préférentiellement au niveau de ces joints de grains. Pour le cas de l'oxydation, la diffusion de l'oxygène au travers des joints de grains et la réaction avec certains éléments chimiques présents dans le matériau conduit à la génération d'une couche d'oxyde et à des changements de phase locaux. Ces évolutions physico-chimiques du matériau peuvent modifier l'état mécanique local ainsi que la cinétique d'initiation et de coalescence des micro-fissures [1]. La modélisation et la simulation de ces phénomènes est un enjeu majeur aujourd'hui en mécanique des matériaux.
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Encadrement | Directeur de thèse : Samuel FOREST - Centre des Matériaux
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Profil candidat | Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum).
Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.
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Objectif | L'objectif de la thèse consiste à développer un outil de modélisation capable de rendre compte, explicitement et de manière couplée, des phénomènes d'endommagement local (microfissures et microcavités) et d'oxydation en lien avec l'initiation et la propagation de fissures intergranulaires. Le matériau support de l'étude sera un superalliage base nickel à solidification dirigée (e.g. le DS200+Hf), largement utilisé pour les aubes de la turbine basse pression des moteurs d'avion.
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Références | [1] Pineau, A., & Antolovich, S. D. (2009). High temperature fatigue of nickel-base superalloys – A review with special emphasis on deformation modes and oxidation. Engineering Failure Analysis, 16(8), 2668 2697.
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Type financement | Contrat de recherche |
Document PDF |
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