L'équipe FMS aborde les thématiques concernent l'étude des problèmes d'endommagement des matériaux et des structures sous chargements cycliques tant du point de vue expérimental que numérique. L'équipe possède une expertise forte dans le domaine de la fatigue multiaxiale sous chargements complexes (multiaxialité, amplitude variable) sur matériaux métalliques, élastomères et matériaux composites. Les thématiques principales sont :

•     Les relations procédés/microstructures/propriétés en fatigue multiaxiale : l'objectif est de mieux comprendre le rôle des éléments constitutifs des microstructures (gradients de propriétés, grains, phases, défauts ...) sur la tenue en fatigue. En terme de procédés, le focus est porté sur les procédés additifs, fonderie, découpe , et laser shot-peening.
•     La fatigue à très grand nombre de cycles : comprendre et modéliser les processus en jeux aux très grandes durée de vie ( 108 à 1010 cycles).
•     La fatigue des matériaux composites : les travaux actuels portent sur les polymères renforcés par fibres courtes et composites à renforts continus. Nous nous intéressons plus particulièrement aux mécanismes d'endommagement et à la modélisation de la résistance en fatigue sous chargements complexes.
•     Les effets d'environnements : Les travaux portent essentiellement sur l'étude des phénomènes synergiques en jeux dans les processus de fatigue corrosion et sur le développement de méthodes expérimentales originales de suivi des processus electrochimiques de surface.

Les travaux de recherche réalisés permettent d'allier les méthodes expérimentales modernes (essais in-situ, corrélation d'image, EBSD, ...) et les méthodes numériques aux différentes échelles. La modélisation de l'endommagement à l'échelle de la microstructure (métaux/composites) sont actuellement au coeur de nos préoccupations scientifiques.

Le groupe thématique DYNAMICS s’intéresse aux comportements dynamiques jusqu’à rupture de matériaux et structures homogènes (matériaux métalliques, polymères) et hétérogènes (cellulaires, composites) et divisées (torons et tissus secs) soumis à des chargements sévères (choc, impact) et consécutifs (choc-fatigue ou fatigue-choc).
Les vitesses de sollicitations adressées vont de quelques m.s-1 (< 10-20 ms-1 pour les impacts basse vitesse) à plusieurs centaines de ms-1 (300 ms-1 et au delà pour les applications balistiques).
L’analyse et la compréhension des phénomènes et mécanismes physiques mis en jeu aux différentes échelles (généralement micro, méso et macroscopique), leur caractérisation et la quantification de leurs effets sur les performances des matériaux et structures étudiés sont la base des investigations et développements, à la fois expérimentaux et numériques, menés au sein du groupe.
Les opérations de recherche du groupe portent sur :

•     l’étude de la rupture dynamique de matériaux fragiles et hyper-fragiles ;
•     la modélisation discrète appliquée aux impacts et chocs sur matériaux divisés ;
•     le développement de méthodes numériques de couplages multi-échelles permettant le dialogue entre effets locaux et globaux ;
•     la prise en compte de la variabilité (géométrique et matérielle) inhérente aux matériaux hétérogènes ;
•     l’élaboration de lois de comportement prenant en compte les effets vitesses appliqués aux matériaux architecturés ;
•     l’aide à la compréhension des phénomènes dynamiques dans plusieurs procédés de fabrication ;
•     l’étude de l’effet de sollicitations consécutives de type fatigue/choc et choc/fatigue.

Les activités de l’axe Mécanique-Corrosion-Hydrogène portent sur l'étude des effets couplés de l'environnement, des contraintes mécaniques et de la microstructure sur la durabilité des matériaux métalliques.
Les Modes de dégradation étudiés sont les suivants :

•     Corrosion localisée
•     Corrosion sous contrainte,
•     Fatigue corrosion,
•     Fragilisation par l’hydrogène

 Afin de mieux comprendre les phénomènes observés, une approche multi-échelles (du nanoscopique au macroscopique) basée sur l'utilisation de techniques expérimentales variées et sur des modélisations et simulations numériques spécifiques, a été mise en oeuvre.
 Approche expérimentale de mise en évidence et d’analyse des modes d'endommagement :

•     Essais mécaniques (quasi-statiques, cycliques basse fréquence) en milieux aqueux sur bancs d'essais de traction, essais sur mini-bancs de traction.
•     Vidéo microscopie in situ avec identification de champ
•     Techniques d'électrochimie à l'échelle macroscopique, à l'échelle mésoscopique (utilisation de cellules électrochimiques de diamètre millimétrique) et à l'échelle microscopique (microscopie électrochimique SECM, impédances locales LEIS).
•     Microscopie à force atomique AFM ex situ et in situ (en milieu liquide et sur éprouvette sollicitée mécaniquement). Mesure en mode SKFM.
• En lien avec la plateforme PlACAMAT :
•     Caractérisation physico chimique des surfaces Analyses EDX, AUGER, GDOES,
•     Observations en microscopie (MEB, MET)
•     EBSD
•     Tomographie

 Développement de modèles et de simulations numériques :

•     Propagation de fissure dans des agrégats polycristallins numériques
•     Couplage élastoplasticité-diffusion de l’hydrogèneEffet de la ségrégation aux joints de grains sur la diffusion de l’hydrogène

 Matériaux : aciers, aciers inoxydables, alliages base nickel, alliages d’aluminium, revêtements métalliques.

Le groupe thématique 3MAH (Modélisation Multiéchelle et Comportement des MAtériaux Hétérogènes) s’intéresse à l’analyse des matériaux hétérogènes (cellulaires, composites, architecturés, biologiques), qui nécessitent la mise en place d’outils de modélisation et de techniques de caractérisation avancées.
L’étude de ces matériaux nécessite :

•     une caractérisation fine des mécanismes physiques opérant à des échelles microscopiques (voire nanoscopique)
•     l’analyse de ces mécanismes et comprendre leur relation avec le comportement mécanique du matériau et ses performances (tenue en service, fonctionnalités)
•     d'observer et de modéliser la cinétique de ces mécanismes et ses liens avec l’évolution de la microstructure du matériau à différentes échelles
•     de simuler numériquement les phénomènes observés pour mieux comprendre le comportement du matériau lors de sollicitations complexes
•     d'utiliser des stratégies numériques optimisées afin de simuler le comportement de structures en adoptant une démarche de modélisation multi-échelles
•     de combiner les résultats numériques et expérimentaux afin d’établir des relations procédés – microstructure – comportement des matériaux hétérogènes

Ces actions sont à la base des investigations et développements, à la fois expérimentaux et numériques, menés au sein du groupe de recherche 3MAH. L'équipe 3MAH s'intéresse aussi particulièrement à l'utilisation des outils d'Intelligence Artificielle afin de simuler le comportement complexe, non-linéaire, de matériaux architecturés.

Les axes de recherche principaux du groupe portent plus spécifiquement sur :

•     La génération de microstructures numériques représentatives de matériaux hétérogènes (structures architecturées, composites, cellulaires, granulaires)
•     La formulation de lois de comportement complexes, multi-physiques intégrant des comportements couplés (endommagement, plasticité, viscoélasticité, transformation de phase)
•     La définition de méthodes numériques optimisées et réduites adaptées à la simulation multi-échelles de structures. Ces méthodes intègrent des algorithmes inspirées de l'Intelligence Artificielle (réseau de neurones, perceptron, apprentissage)
•     Le développement de méthodes numériques de couplages multi-échelles permettant le dialogue entre effets locaux et globaux ;
•     l’élaboration de lois de comportement prenant en compte les effets vitesses appliqués aux matériaux architecturés ;
•     l’aide à la compréhension des phénomènes dynamiques dans plusieurs procédés de fabrication

L’équipe 3MAH développe aussi de nombreuses solutions logicielles.