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Fiche descriptive du sujet de thèse

Modélisation et simulation de l'endommagement des propergols sous chargement quasi-statique par une approche micromécanique Modélisation et simulation de l'endommagement des propergols sous chargement quasi-statique par une approche micromécanique

Modélisation et simulation de l'endommagement des propergols sous chargement quasi-statique par une approche micromécanique

Modeling and simulation of damage in solid propellant under quasi-static loading based on micromechanical approach

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

BESSON Jacques

Unité de recherche

Centre des Matériaux

Contact
Date de validité

26/09/2023

Site Webhttp://www.mat.minesparis.psl.eu/formation/doctorat/propositions-de-sujets-de-these/
Mots-clés

Modélisation, simulation, fissuration, dommage

Modeling, Simulation, cracking, damage

Résumé

Les propergols sont des matériaux énergétiques utilisés dans les moteurs de fusée ou de missiles.Ces matériaux sont composés de charges énergétiques enrobées d'un liant élastomère. Contrairement aux élastomères chargés classiquement utilisés dans l'industrie, ces charges ne visent pas à améliorer la tenue mécanique du matériau mais à maximiser ses performances énergétiques. Le cycle de vie du moteur de sa fabrication à sa mise en service peut être long. Les sollicitations mécaniques subies lors des différentes phases (démoulage, stockage, mission de vol, lancement) peuvent conduire à un endommagement du matériau et altérer le fonctionnement nominal du moteur. Les deux mécanismes d'endommagement les plus fréquents sont la décohésion liant charge et l'apparition, la croissance et la coalescence de cavités dans le liant. Ils génèrent des surfaces de combustion supplémentaires ce qui accroît la pression des gaz de combustion dans la structure, potentiellement de manière incontrôlée. Dans ce contexte, cette thèse vise à mieux comprendre et à modéliser le comportement mécanique de ces matériaux. Pour cela un modèle micromécanique du propergol sera développé pour décrire ces mécanismes de dégradation à l'échelle des charges. La description fine du comportement de ce matériau composite présente de nombreux défis : tenir compte du caractère fortement multi-échelle induit par le caractère polydisperse des charges (de quelques micromètres à plusieurs centaines de micromètres) conduit à des simulations de grandes tailles (plusieurs dizaines de millions d'inconnues). Le comportement hyper-élastique du liant invalide l'hypothèse des petites perturbations. L'endommagement du liant et la décohésion à l'interface liant-charges conduisent à un comportement adoucissant qui impose une régularisation. Pour réduire le coût et la complexité des simulations éléments finis, les modèles micromécaniques proposés sont souvent simplifiés (charge monomodale, hypothèse des petites déformations, etc.). Les progrès récents en termes de calcul haute performance, disponibles dans la suite éléments finis Z-set, développée par le Centre des Matériaux Mines ParisTech et l'Onera permettent de lever ces hypothèses . Une meilleure compréhension des mécanismes d'endommagement et des modèles plus prédictifs seront ainsi obtenus.

Cette thèse s'inscrit dans le projet de recherche fédérateur FLIBUSTIER qui réunit sur ces thématiques chimistes, mécaniciens des fluides et des solides.

Propellants are energetic materials used in rocket and missile engines, and are composed of energetic fillers coated with an elastomer binder. Unlike the filled elastomers traditionally used in industry, these fillers are not intended to improve the mechanical strength of the material but to maximize its energetic performance. The life cycle of the engine from manufacture to commissioning can be long. The mechanical stresses undergone during the different phases (de-molding, storage, flight mission, launch) can lead to material damage and alter the nominal operation of the engine. The two most frequent damage mechanisms are the decohesion of the binder and the appearance, growth and coalescence of cavities in the binder. They generate additional combustion surfaces which increase the pressure of the combustion gases in the structure, potentially in an uncontrolled way. In this context, this thesis aims to better understand and model the mechanical behavior of these materials. For this purpose, a micromechanical model of the propellant will be developed to describe these degradation mechanisms at the charge scale. The fine description of the behavior of this composite material presents many challenges: taking into account the highly multiscale character induced by the polydisperse nature of the charges (from a few micrometers to several hundred micrometers) leads to large simulations (several tens of millions of unknowns). The hyper-elastic behavior of the binder invalidates the hypothesis of small perturbations. Damage to the binder and decohesion at the binder-filler interface lead to a smoothing behavior that requires regularization. To reduce the cost and complexity of finite element simulations, the proposed micromechanical models are often simplified (single mode loading, small deformation assumption, etc.). Recent progress in terms of high performance computing, available in the Z-set finite element suite, developed by the Mines ParisTech Materials Center and Onera, allows to lift these assumptions. A better understanding of the damage mechanisms and more predictive models will thus be obtained.

This thesis is part of the federative research project FLIBUSTIER which brings together chemists, fluid mechanics and solid mechanics on these topics.

Contexte

-

Encadrement

Directeur de thèse : Jacques BESSON (25%)
Co-encadrant : C. Bovet (25%)
Co-encadrant : A. Ask (25%)
Co-encadrant : O. Voreux (25%)

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). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :




Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

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.

Prerequisite (specific skills for this thesis):




Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Références

-

Type financement

Contrat de recherche

Document PDF

https://www.adum.fr/script/downloadfile.pl?type=78&ID=49458

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Fiche descriptive du sujet de thèse - MINES ParisTech
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