Numerical analysis of fully explicit phase-field models for dynamic fracture of materials H/F

Informations générales

Entité de rattachement

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

• La conscience des responsabilités

• La coopération

• La curiosité

Référence

Description de l'unité

Le DM2S (Département de Modélisation des Systèmes et des Structures) développe des outils de simulation pour la conception et l'évaluation de systèmes dans les disciplines de base de l'énergie, i.e. thermomécanique, thermohydraulique et neutronique, toutes filières confondues. Il s'appuie pour cela sur des essais et des plateformes logicielles, développées en interne ou en partenariat.

Le SEMT (Service d'Études Mécaniques et Thermiques), doté de 2 plateformes d'essai et d'outils de simulation qu'il développe (MANTA, EUROPLEXUS, CAST3M), est l'unité de compétence de la DES en mécanique, thermique, et interaction fluide-structure. Il participe aux projets du CEA, dont un grand nombre en coopération avec EDF, FRAMATOME, IRSN, ainsi qu'à des programmes de recherche nationaux et européens.

Au sein du SEMT, le Laboratoire d'Études de Dynamique (DYN) est en charge d'actions d'études et de recherche dans les domaines de la dynamique des structures, en interaction éventuelle avec les fluides : vibrations, vibrations sous écoulement, et dynamique rapide. Un des atouts du laboratoire est de disposer de compétences et de moyens couvrant la modélisation physique, la simulation numérique et les essais (analytiques ou de validation) sur ses installations propres (plateforme RESEDA), en lien avec les activités industrielles de ses partenaires historiques (EDF et FRAMATOME).

Domaine

Mécanique et thermique

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Numerical analysis of fully explicit phase-field models for dynamic fracture of materials H/F

Sujet de stage

Numerical analysis of fully explicit phase-field models for dynamic fracture of materials

Durée du contrat (en mois)

6

Description de l'offre

Understanding material fracture is paramount in the nuclear industry to ensure the structural integrity and long-term safety of critical components. Therefore, accurately simulating the onset of cracks and their propagation is essential.

Among several approaches to simulate the fracture of materials, the phase-field approaches have gain popularity in the last years. In recent developments the phase-field approaches have been extended to situations where both the mechanical response and the crack-driving variable evolve dynamically. In such formulations, the mechanical equilibrium is governed by an hyperbolic equations, while the phase-field variable itself can also follow an hyperbolic evolution law that captures inertia or rate-dependent effects in the damage process. Explicit schemes are attractive for dynamic fracture because they naturally accommodate wave propagation and avoid the repeated solution of large nonlinear systems. Yet, they are only conditionally stable, and the admissible time step is usually estimated through CFL-type conditions derived from simplified arguments. Some of our investigations have suggested that phase field equations conditions might be very unfavorable since its associated critical timestep can fall to zero. However, it is still unclear if breaking this condition is prohibitive, since some calculations have been performed by this way [1, 2].

The aim of this internship is to investigate these issues through a numerical study of the coupled hyperbolic system. The student will try to assess if classical stability bounds may become overly conservative or, find a way to overcome these rules if it is not.

To do so, the candidate will come on board the Manta project [3], which is the framework of the nextgen finite element software for computational mechanics at CEA, and the "Laboratoire d'Etudes de DYNamique" lab, which hosts some of CEA leading experts in structural dynamics for civil nuclear applications.

References

[1] David Kamensky, Georgios Moutsanidis, Yuri Bazilevs, Hyperbolic phase field modeling of brittle fracture: Part I—Theory and simulations, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Volume 121, 2018, Pages 81-98,

[2] Lamia Mersel, Pascal Bouda, Jérémy Germain and Julien Réthoré. Dynamic damage modelling through phase-field approaches: assessment, critical analysis and comparison. Comptes Rendus. Mécanique, Volume , pp doi :

[3] Olivier Jamond, Nicolas Lelong et al. 'MANTA' : un code HPC généraliste pour la simulation de problèmes complexes en mécanique. In CSMA ème Colloque National en Calcul des Structures. https://hal.science/hal v1

Profil du candidat

Compétences recherchées:
Analyse numérique, mécanique, développement informatique (C++)

Formations/écoles cibles:
Grande école d'ingénieur, Master2 dans le domaine de la simulation numérique

Site

Saclay

Localisation du poste

France, Ile-de-France, Essonne (91)

Ville

Gif sur Yvette

Critères candidat
Diplôme préparé

Bac+5 - Master of Science

Formation recommandée

Grande école d'ingénieur, Master2 dans le domaine de la simulation numérique

Possibilité de poursuite en thèse

Oui

Disponibilité du poste

01/04/2026

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