Doctorant Mécanique F/H

En ce qui concerne la fabrication, les technologies de fabrication additive (FA) peuvent être exploitées efficacement en combinaison avec des logiciels modernes de conception générative afin de concevoir et fabriquer des méta‑structures anisotropes caractérisées par des propriétés physiques non conventionnelles, telles que le camouflage mécanique.

À ce jour, il n’existe pas encore de stratégies de conception générales permettant d’optimiser simultanément l’anisotropie et la topologie des matériaux constituant la méta‑structure à chaque échelle afin d’obtenir un camouflage mécanique efficace. En outre, l’intégration, dans le processus de conception, des incertitudes liées au procédé de fabrication additive ainsi que du couplage fort entre les différentes échelles constitue deux défis majeurs à relever.

Le présent projet de doctorat vise à proposer un nouveau paradigme de conception de méta‑structures anisotropes fondé sur :
(a) un algorithme robuste d’optimisation conjointe de la topologie et de l’anisotropie, compatible avec les outils de CAO, basé sur des invariants tensoriels (afin de représenter l’anisotropie des matériaux composant la méta‑structure), dans lequel les champs topologiques et d’anisotropie sont représentés à l’aide d’entités de type non‑uniform rational basis splines (NURBS) ;
(b) une formalisation dédiée des exigences de fabrication et des incertitudes liées au procédé de fabrication additive, permettant d’obtenir des solutions à la fois optimisées et manufacturables.

Ce paradigme est ensuite transposé en une stratégie d’optimisation multi‑échelle pour des méta‑structures anisotropes multi‑matériaux, et implémenté dans un cadre numérique utilisé pour concevoir et fabriquer un démonstrateur destiné à valider l’ensemble de la méthodologie. L’efficacité du cadre théorique et numérique proposé pour atteindre le concept de camouflage mécanique sera évaluée au moyen d’essais expérimentaux non conventionnels réalisés sur le démonstrateur de la méta‑structure.

Une fois validé, ce projet de doctorat ouvrira la voie à une nouvelle classe de structures insensibles aux discontinuités et singularités géométriques et matérielles, présentant des performances accrues en termes de rupture, de flambement et/ou de réduction de masse, et pouvant être effectivement fabriquées.

Profil du candidatDiplôme et expérience professionnelle :Master en mécanique de l’ingénieur ou en ingénierie mathématique OU Master en mécanique des structures ou en ingénierie mathématique (Bac +5).Savoirs et savoir-faire :Savoir-être :Depuis sa création en 1780, l’Ecole Nationale Supérieure Arts et Métiers s’attache à répondre aux défis industriels et aux enjeux sociétaux, en constante évolution.Etablissement public scientifique, culturel et professionnel (EPSCP) sous tutelle unique du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche, il est composé de huit campus et de trois instituts répartis sur le territoire.Sa première mission : Former des ingénieurs capables de concevoir des produits et systèmes respectueux de l’environnement, mais aussi de contrôler une organisation industrielle en maîtrisant les risques et les coûts. Mots clés : Matériaux et structures composites, métamatériaux, optimisation topologique, optimisation de l’anisotropieChamp scientifique principal : Mécanique théorique, mécanique computationnelle, génie aérospatialeEst-il possible de concevoir une méta‑structure capable d’agir comme un « camouflage mécanique », empêchant ainsi l’apparition de concentrations de contraintes et de forts gradients de contraintes en des zones précises — par exemple à proximité de discontinuités géométriques — lorsqu’elle est soumise à des sollicitations externes ? Une méta‑structure possédant une telle propriété présenterait un comportement contre‑intuitif par rapport à ce qui est habituellement observé ou attendu dans la nature et dans les produits standards.D’un point de vue très général, le camouflage mécanique peut être interprété comme la capacité d’une structure à être insensible à un phénomène donné, une caractéristique ou une sollicitation extérieure particulière. Par exemple, on peut imaginer d’optimiser l’anisotropie et la topologie de la structure afin de la rendre insensible à la présence de discontinuités géométriques, telles que des trous. De cette manière, une méta‑structure comportant un trou peut présenter le même champ de contraintes qu’une structure de référence sans trou.Bien entendu, le concept de « camouflage mécanique » peut être étendu à d’autres phénomènes, tels que le flambement, les vibrations, etc. Une méta‑structure présenterait alors des performances améliorées (comme, par exemple, une durée de vie en service accrue) par rapport aux solutions classiques.