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STM-PARC-1-Surfaces et Design DSMI

ue-mec-stm-gm-14

Responsable(s) du contenu pédagogique


Total crédits : 2
Total heures : 24 (15 cours, 9 TD)


Objectif

De nombreux matériaux naturels (bois, végétaux), agroalimentaires (pain, meringue, chips, barres chocolatées) ou biologiques (Os, tissus vivants) présentent une structure interne architecturée que l’on peut qualifier de structure cellulaire (ou mousse). Le cours est une introduction à la compréhension de la relation structures/propriétés des matériaux à structures cellulaires pour apporter des connaissances en termes de tenue mécanique de ces matériaux et de leur mode de rupture ou de dégradation. En particulier, la description d’une structure de mousse à mobiliser plusieurs générations de physiciens, chimistes et même mathématiciens et une rétrospective de ces études sera présentée.


Programme

Les notions abordées sont :
- Structures des matériaux cellulaires et règles d’organisation associées.
- Prévision du comportement mécanique d’un matériau cellulaire à partir de l’analyse de ses différents constituants et de leurs répartitions.
- Moyens expérimentaux permettant une analyse numérique multi-échelle d’un biomatériau (Observations et Imageries 2D/3D – Scanner/Tomographie RX) – modélisation numérique.

L’objectif des TD est de présenter une approche de modélisation permettant d’optimiser les performances des conceptions d’ingénierie en contrôlant leurs structures :

- Introduction à une méthodologie d’analyse multi-échelle des matériaux pour étudier leur comportement macroscopique : modèle à cellule unitaire d’Ashby - Applications sur matériaux type Os : fémur, tibia, vertèbre – relation densitprop.
- Comportement en compression : études des mécanismes de déformation (flambement élastique, plasticit rupture)
- Outils de génération de microstructures numériques avec prise en compte des différents constituants, Imagerie et traitements d’images appliqués en tomographie RX - modélisation 2D/3D


Compétences attendues

- Acquérir les connaissances de base sur la mécanique des matériaux cellulaires et des matériaux poreux
- Savoir réaliser des calculs simples de résistance mécanique pour des géométries simplifiées de cellules (vides)
- Appréhender un problème de simulation numérique sur microstructures complexes (poreuses)
- Savoir mettre en œuvre un calcul éléments finis


Contraintes pédagogiques - Méthodes pédagogiques

Utilisation des moyens de la PF SMIS (outils de caractérisation, outils de simulation numérique) pour les TD associés.
Salles équipées de moyen de calcul par éléments finis.


Contraintes pédagogiques - Moyens spécifiques

Utilisation de Moodle avec la mise à disposition de ressources pédagogiques, en particulier de ressources associées à la modélisation numérique par EF.


Mode d'évaluation

Projet : sur la base des exemples d’applications vus en TD ou d’analyses de documents, études de cas à réaliser en binôme sur la durée du semestre, impliquant la mise en œuvre d’un calcul analytique et d’une modélisation de type éléments finis.

Livrable : synthèse des travaux réalisés incluant l’analyse des résultats.

Utilisation d’une grille de compétences pour réaliser l’valuation des étudiants


Bibliographie

Stevenson, Paul : Foam Engineering : Fundamentals and Applications, John Wiley&Sons, 2012, ISBN: 978-0-470-66080-5
Wen, Cuie : Metallic Foam Bone, Processing, Modification and Characterization and Properties, Elsevier Science, 2016, ISBN: 978-0-08-101289-5
Zhu, Jihong : Topology Optimization in Engineering Structure Design, Elsevier Science, 2016, ISBN: 978-1-78548-224-3
Sadd, Martin H : Continuum Mechanics Modeling of Material Behavior, Elsevier Science, 2018, ISBN: 978-0-12-811474-2
Lorna J. Gibson : Cellular Solids Structure and Properties, Cambridge University Press, 1997, ISBN: 9781139878326



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