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Modélisation de la dynamique non-linéaire de machines d’usure du CEA : prédiction des régimes vibratoires avec impact-frottement et des bifurcations.

Mathématiques - Analyse numérique - Simulation Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Dans le contexte industriel des réacteurs à eau sous pression (REP) de la flotte de centrales nucléaires françaises, les internes de cuve des REP susceptibles d'être affectés par l'usure font l’objet d’une surveillance particulière.
Face à ces enjeux, EDF et CEA souhaitent améliorer la compréhension et la prédiction du phénomène d'usure, non seulement pour optimiser les opérations de maintenance et améliorer la conception des composants, mais également pour optimiser les actions de recherche et de développement tout en garantissant la fiabilité des résultats obtenus.

Parmi les objectifs techniques et scientifiques définis dans le cadre de leur collaboration menée depuis 2014, l’évolution et l'amélioration des moyens d'essais d'usure et des jumeaux numériques associés revêt une importance particulière, la modélisation des machines d'essais d’usure étant considérée prioritaire.

L’état de l’art dans le domaine de la modélisation de la dynamique non-linéaire des systèmes mécaniques à jeux a conduit à orienter les travaux récents au CEA vers la modélisation des machines d’usure vibratoire et en particulier celle du tribomètre MUSE* et de ses deux actionneurs électromagnétiques. Des premiers résultats encourageants ont été obtenus à partir de la modélisation d’un seul actionneur. L'identification des différents régimes vibratoires avec impact et frottement et des bifurcations de cette machine revêt une importance cruciale pour l’apprentissage du moyen d’essais. Cette connaissance permettra de mieux spécifier les essais d’usure et de mieux maîtriser les conditions de contact nécessaires à l’étude du phénomène.

Les travaux de thèse consisteront à modéliser la dynamique non-linéaire des deux types de machines d’essais d’usure vibratoire du CEA. Les développements numériques, qui seront effectués en python et à l’aide du code aux éléments finis Cast3M (http://www-cast3m.cea.fr/), seront complémentaires aux outils de calculs existants et proposés afin de déterminer la cartographie complète des régimes vibratoires avec impact et frottement et des bifurcations. Les résultats des simulations seront comparés à ceux des essais qui auront été menés également dans le cadre de cette thèse afin de valider et améliorer les modèles de calcul proposés.

Issu(e) des grandes écoles d’ingénieurs ou titulaire d’un Master 2 (M2), le (la) candidat(e) devra présenter des compétences en mécanique des structures et des matériaux, et en simulation numérique.

A l’issue de la thèse, l’expérience de l’étudiant(e) pourra être valorisée vers des postes de chercheurs dans l’industrie (nucléaire, automobile, ferroviaire, aéronautique, médicale, …), et dans le réseau académique.

Un stage de M2 est proposé préalablement à la thèse sur le même sujet. Candidater à ce stage n’est pas une obligation pour postuler à la thèse mais cela pourrait être un atout pour l’étudiant(e).

* : Moyen d’essais d’USure en environnement REP de la plate-forme RESEDA du CEA-DES/ISAS/DM2S/SEMT Paris-Saclay.

Laboratoire

Département de Modélisation des Systèmes et Structures
Service d’Etudes Mécaniques et Thermiques
Laboratoire d’études de DYNamique
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