CIFRE - Caractérisation et modélisation de la durée de vie en fatigue d'alliage d'aluminium F/H

Dans le cadre de la certification des trains d'atterrissage, il est exigé par le règlement aéronautique de garantir, sous chargements cycliques, le non amorçage de fissures de fatigue sur l'ensemble des pièces de structures de l'atterrisseur. La satisfaction de cette exigence est démontrée par analyse et confirmée via un essai structurel réussi à l'échelle du train d'atterrissage complet. L'analyse s'appuie sur des méthodes de prévision de durée de vie via des modèles de comportement et d'endommagement sous chargement cyclique. Ces modèles sont identifiés sur la base d'essais de caractérisation réalisés dans des conditions de sollicitation simples sur des éprouvettes normalisées. Si la totalité des matériaux utilisés pour les pièces de structure est caractérisée en fatigue sur éprouvettes élémentaires, il n'est industriellement pas possible de caractériser l'ensemble des configurations combinant matière et état de surface existant sur pièce. Ainsi, en caractérisant les configurations typiques et les plus néfastes pour la durée de vie, le reste des configurations est traité via des règles d'abattement empiriques et conservatives vis-à-vis d'une configuration dite de référence. Ces règles conservatives sont généralement des cumules des abattements des configurations caractérisées.
Dans ces conditions, il est impossible d'optimiser la prédiction de durée de vie au plus juste des configurations existantes sur pièce, dans le but de réduire leur masse ou d'augmenter leur durée de vie. La caractérisation plus fine des mécanismes d'endommagement incluant l'étude des couplages entre les différents effets matière et état de surface est nécessaire. De plus, la durée de vie à rupture des éprouvettes élémentaires se compose d'une phase d'initiation (amorçage) et d'une phase de propagation de fissure. Comme mentionné, la certification d'une pièce de train d'atterrissage étant limitée par sa durée de vie à l'amorçage, la modélisation de la propagation de fissure apparait donc comme un outil nécessaire à l'interprétation des mécanismes d'endommagement menant à la rupture afin d'obtenir une prédiction de la durée de vie à l'amorçage la plus juste possible. C'est dans le but de répondre à ces problématiques qu'est formulée l'étude, avec pour objectif dans un premier temps de construire une base de données de caractérisation en fatigue couplant et découplant les effets matière et les effets de surface et incluant la caractérisation de l'endommagement; puis dans un deuxième temps la constitution de bases de données de caractérisation en fissuration incluant les effets matière et de surface ; et enfin la proposition d'un modèle de prédiction de durée de vie à l'amorçage tenant compte des effets matière et des effets de surface.

Les travaux de thèse auront pour mission:
1 L'étude bibliographie sur le comportement et les mécanismes d'endommagement du matériau et de ses traitements de surface ;
2 La construction d'une base de données de caractérisation des surfaces après traitements industriels d'usage (usinage, grenaillage, anodisation, …) en termes de topographie (rugosité), contraintes résiduelles et microstructures ;
3 La construction d'une base de données de caractérisation en fatigue (durée de vie à rupture) tenant compte d'effets de volume (microstructure, fibrage, rapport de charge…) et des effets de surface (rugosité, contraintes résiduelles, microstructure…) ;
4 La construction d'une base de données de caractérisation en fissuration (ΔKseuil, da/dN, KIC) tenant compte d'effets de volume et de surface ;
5 L'identification d'une loi de propagation de fissure en fonction des effets de volume et de surface ;
6 La validation d'un modèle de prédiction de durée de vie sous chargement cyclique limitée à l'amorçage tenant compte des effets de volume et des effets de surface ;
7 La revue d'un ou plusieurs cas industriels de prédiction de durée de vie via le modèle proposé.

De formation Bac +5 spécialisé dans la caractérisation et la modélisation en mécanique des matériaux. La bonne réalisation des objectifs de la thèse demandera un attrait fort pour l'expérimentation et la modélisation de comportement et d'endommagement des matériaux, ainsi que pour la modélisation par éléments finis.

Les activités de thèse se dérouleront au sein de l'Institut Clément Ader (ICA) situé à Toulouse. Le doctorant sera donc basé à Toulouse. Il pourra être convenu des déplacements ponctuels sur les sites de Safran Landing Systems afin de garantir la réponse à la problématique industrielle.