DÉVELOPPEMENT D'UN DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT « INTELLIGENT » PAR FABRICATION ADDITIVE

Topic description L'effet mémoire de forme et la super-élasticité des alliages à mémoire de forme (AMF) sont à l'origine de nombreuses applications d'ingénierie allant du biomédical à l'industrie aérospatiale. Ces propriétés, spécifiques aux AMF, résultent de la transformation de phase solide-solide dont la caractéristique principale, l'hystérésis, est largement étudiée en raison des applications industrielles qu'elle permet. L'hystérésis des AMF (impliquant une dissipation d'énergie) a notamment été utilisée pour absorber l'énergie des vibrations mécaniques et ainsi protéger les structures. Il est bien établi que la capacité d'amortissement des structures en AMF est influencée par plusieurs phénomènes tels que le couplage thermomécanique [1-4].

Avec le développement rapide du nouveau procédé de Fabrication Additive (FA), il est possible d'améliorer considérablement la capacité d'amortissement des dispositifs en AMF en combinant les propriétés « intelligentes » intrinsèques aux AMF (super-élasticité, effet mémoire de forme) et l'optimisation de la microstructure des AMF en utilisant le procédé de FA (matériaux architecturés et structures cellulaires). L'objectif de cette thèse est de développer un nouveau concept pour les dispositifs d'amortissement en AMF non seulement pour améliorer l'efficacité d'amortissement (capacité d'amortissement plus élevée et plus faible) mais aussi pour minimiser la déformation plastique permanente dans les dispositifs, permettant ainsi la récupération de leur formes initiale après des chocs (« auto-centrage » à l'aide de l'effet mémoire de forme). Pour atteindre ces objectifs, le doctorant étudiera et modélisera le procédé de FA des AMF et caractérisera les propriétés thermomécaniques du matériau issu de la FA [5]. Enfin, une nouvelle loi de comportement dynamique pour les AMF architecturés sera proposée pour évaluer/prédire les performances du dispositif d'amortissement « intelligent ».------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------The unique properties - the shape memory effect and super-elasticity - of shape memory alloys (SMAs) are used in numerous engineering applications ranging from biomedical to aerospace.

These special properties are the result of solid-solid phase transformation, the main feature of which - hysteresis - is widely studied for the industrial applications it enables. In particular, the hysteresis of SMAs (involving energy dissipation) has been used to absorb the energy of mechanical vibrations and thus protect structures. It is well established that the damping capacity of AMF structures is influenced by several phenomena such as thermomechanical coupling [1-4]. With the rapid development of the new Additive Manufacturing (AM) process, it is possible to considerably improve the damping capacity of AMF devices by combining the 'smart' properties intrinsic to AMF (super-elasticity, one-way and two-way shape memory effect, etc.) and the optimization of the AMF microstructure using the AMF process (architected materials and cellular structures).

This thesis aims to develop a new concept for an SMA damping device not only to improve damping efficiency (higher damping capacity and lower mass) but also to minimize permanent plastic deformation in the devices, enabling recovery of their initial shapes after shock/oscillation ('self-centering' using the shape memory effect). To achieve these objectives, the PhD student will study and model the FA process of SMA, and characterize the thermomechanical properties of the FA-derived SMA [5]. Finally, a new dynamic constitutive law for architected shape memory materials will be proposed to evaluate/predict the performance of the 'smart' damping device.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Début de la thèse : 01/03/ Funding category Funding further details Financement d'un établissement public Français*