Elaboration et caractérisation d'un composite oxyde/oxyde
Les composites fibreux à matrice céramique (CMC) sont une classe de matériaux qui combinent de bonnes propriétés mécaniques spécifiques (propriétés rapportées à leur densité) à une tenue à haute température (> 1000 °C) même sous atmosphère oxydante. Ils sont généralement constitués d’un renfort fibreux carbone ou céramique et d’une matrice céramique (carbure ou oxyde).
L’étude proposée porte sur la mise au point d’un CMC oxyde/oxyde à matrice faible possédant des propriétés diélectriques, thermiques et mécaniques adaptées.
Cette étude se fera en collaboration avec plusieurs laboratoires du CEA Le Ripault
Construction d'un modèle numérique à l'échelle mésoscopique de pièces composites macroscopiques
La modélisation des matériaux composites à renfort fibreux à fibres continues (préforme) peut être réalisée à l’échelle mésoscopique par éléments finis en maillant la préforme tissée ainsi que la matrice. La géométrie de ces constituants peut être générée à partir d’une géométrie idéale ou issue d’imagerie par tomographie X (jumeau numérique). Une limite reste cependant le volume de matériau pouvant être représenté. Si le calcul classique par éléments finis est envisageable pour le matériau moyen, au point courant, les singularités géométriques (renfort, liaison, etc.) sont difficiles à prendre en compte (nombre de mailles important). Il est alors nécessaire de recourir à un calcul multi-échelle méso-macro. De récents développements en calcul par éléments finis montrent que la résolution du problème posé par le calcul sur modèle numérique d’une structure macroscopique décrite à l’échelle méso est possible en découpant ce calcul macros en une série de calculs mésos ("décomposition en sous-domaines"). Il faut alors disposer d’une description numérique macroscopique du composite, y compris dans les zones de singularités. L’objectif du stage post-doctoral proposé est de construire un outil logiciel permettant de reproduire une architecture composite (renfort à fibres continues) d’une pièce de forme donnée. Une attention particulière sera portée aux géométries de renfort possibles (tissés, rapportés, ...). Le choix des outils utilisés (mailleur, langage, …) sera étudié au début du stage.
Développement d'un procédé de croissance cristalline
Dans le cadre de la réalisation de composants optiques de grandes dimensions pour le Laser MégaJoule, il est nécessaire d'étudier la croissance des cristaux de DKDP (KDP deutéré). Ils sont traditionnellement produits par croissance lente (la durée de croissance dépasse deux ans). Mais le laboratoire propose ici d'étudier une méthode rapide de croissance réduisant le délai de fabrication à quelques mois.
Conception et réalisation d'essais mécanique sur éprouvette technologiques de Composites à matrice Céramique
Les pièces en composites à matrices céramiques sont élaborées d'un seul tenant, le composite étant obtenu directement à la forme finale (par exemple par drapage, …). L'épaisseur étant généralement limitée, des renforts mécaniques doivent fréquemment être intégrés à la pièce finale dès l'élaboration. C'est également le cas des dispositifs de fixation. Tous ces points constituent des singularités dont il est nécessaire de connaître le comportement mécanique, qui est de ce fait différent du matériau au point courant. Pour chaque type de singularité que présente la forme considérée ainsi que le type de sollicitations auxquelles la pièce est soumise, il faut concevoir des essais mécaniques spécifiques sur des éprouvettes types dites "éprouvettes technologiques". Ces essais, à température ambiante mais également en température d'usage, permettent de préciser la tenue mécanique des singularités envisagées. Les objectifs du post-doctorat sont de :
-Concevoir et proposer pour chaque type de singularité et de sollicitation des essais mécaniques pertinents
-Dimensionner par calcul ces essais et valider la conception (géométrie, outillage)
-Réaliser les essais et les comparer avec le calcul de dimensionnement
Les matériaux considérés sont des composites oxyde/oxyde ainsi que des composites à renfort carbone. Le stagiaire pourra s'appuyer sur un Bureau d'études pour le dimensionnement et Bureau des méthodes pour la conception d'outillage.