Sujet :
Comportement dynamique d’un explosif comprimé
Contexte :
L’évaluation de la sécurité d’une structure pyrotechnique passe par la prédiction du niveau de réaction atteint lors d’agressions thermiques (chauffage, feu) ou mécaniques (impact). Or, la complexité du processus menant à des réactions violentes n’a pas permis jusqu’ici à la communauté scientifique internationale de proposer une démarche unifiée et pragmatique. Cette thématique est donc un enjeu majeur pour les industriels des applications civiles et militaires des compositions explosives.
Le CEA/DAM a développé et homologuée une approche par simulation numérique (sur la base du logiciel aux éléments finis ABAQUS) permettant de prédire l’explosion thermique, la première étape du processus réactif. L’attention se tourne maintenant vers les étapes suivantes que sont la combustion, la déflagration et la transition à la détonation. Plus particulièrement dans le cadre de ce contrat de thèse, le cas des impacts sera étudié.
Le travail sera réalisé en collaboration avec les équipes du Laboratoire de mécanique Gabriel LaMé (région Centre Val de Loire) et avec l’équipe du CEA le Ripault.
Les travaux seront présentés dans des conférences nationales et internationales ou devant un groupe d’experts « Computer Modelling » de l’Insensitive Munition European Manufacturer Group (association d’industriels) et feront l’objet de publications.
Objectif de la thèse :
Le matériau étudié est constitué de deux phases cristallines et d’un liant. L’ensemble est densifié par compaction isostatique pour obtenir un matériau à très faible porosité. Sa microstructure est hétérogène.
Lorsque ce matériau est soumis à une sollicitation dynamique, son comportement est complexe et la réalisation des caractérisations expérimentales est difficile.
Pour cela, le CEA/Le Ripault a développé un outil numérique permettant de simuler la réponse mécanique d’un polycristal à l’aide de la méthode aux éléments finis. La réalisation d’expériences numériques permet d’approcher la réponse macroscopique du matériau lorsque les conditions expérimentales sont difficiles ou impossibles à réaliser.
Le but de ce travail de recherche est de mettre en place dans le code aux éléments finis ABAQUS explicite une loi de comportement mécanique dynamique macroscopique pour cette composition explosive. Cette loi s’appuiera sur des simulations réalisées à l’échelle de la microstructure.
Pré-requis : MASTER dans le domaine de la mécanique des milieux continus. Expérience ou formation en science des matériaux appréciée.
Compétences acquises : dynamique rapide, simulation non linéaire en grandes transformations, modélisation des processus irréversibles
Déroulement de la thèse :
Le début de la thèse consistera à simuler la réponse microstructurale de polycristaux soumis à différents trajets de chargement sur la base des comportements mécaniques des constituants accessibles dans la littérature (élasticité, plasticité…). Les données numériques recueillies permettront de proposer une loi de comportement macroscopique dynamique, cette dernière étant implémentée dans le logiciel ABAQUS explicit sous la forme d’une routine utilisateur. Des impacts de structures pourront enfin être simulés et les résultats seront comparés à des expérimentations.
L’étudiant(e) sera basé(e) au CEA le Ripault et il(elle) se rendra régulièrement au Laboratoire Gabriel LaMé (Bourges, Blois).
Formation : MASTER 2 en mécanique des milieux continus, MASTER 2 en mathématiques appliquées
Durant cette thèse, l’étudiant(e) aura l’opportunité d’étendre ou de parfaire ses connaissances dans les domaines de la dynamique rapide, de la simulation non linéaire des processus en grande transformation et de la physique des matériaux.
Directeurs de thèse et école doctorale :
BAILLY Patrice
patrice.bailly@insa-cvl.fr
INSA CVL
Encadrant :
PICART Didier
CEA le Ripault – BP 16 – 37260 Monts
Tél. : 02.47.34.40.00 – didier.picart@cea.fr