Soutenances

Soutenances de thèses et d'HDR

18/10/2013 - Soutenance de thèse de Maéva SERROR

Maéva SERROR soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Etude du vieillissement thermique d’un jonc pultrudé en matériau composite

Le Vendredi 18 octobre 10h30
Amphithéâtre Bézier
Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris

 

En raison d’informations confidentielles pouvant être exposées au cours de la présentation, l’assistance est priée de signer la clause de confidentialité à l’entrée de l’amphithéâtre avant la soutenance.

 

Jury

M. Jean-Luc GARDETTE

Professeur, Institut ICCF, Université Blaise Pascal

Rapporteur

M. Frédéric JACQUEMIN

Professeur, Institut de Recherche GeM, Université de Nantes

Rapporteur

Mme Sylvie CASTAGNET

Chargée de Recherche, HDR, Institut P’, Université de Poitiers

Examinateur

M. Jean-Pierre HABAS

Professeur, Institut ICGM, Université de Montpellier

Examinateur

M. Lucien LAIARINANDRASANA

Maître de Recherche, HDR, Centre des Matériaux, Mines ParisTech

Examinateur

M. Jean-François LARCHE

Docteur, Nexans, Lyon

Examinateur

M. Xavier COLIN

Professeur, Laboratoire PIMM, Arts et Métiers ParisTech

Examinateur

 

 

Résumé : L’objectif de cette thèse est d’étudier le vieillissement thermique et prédire la durée de vie d’un jonc composite utilisé comme raidisseur de câbles électriques aériens. En effet, en conditions normales de fonctionnement, la température des câbles est de l’ordre de 80-90°C et, pendant les opérations de maintenance, des pics jusqu’à des températures de l’ordre de 220°C peuvent aussi être enregistrés. L’analyse microstructurale des coupes radiales du jonc après vieillissement dans l’air entre 160 et 220°C met en évidence son endommagement. Lorsque la matrice époxy n’est pas bien réticulée, l’endommagement consiste en une fissuration spontanée (sous l’effet de contraintes induites par le retrait chimique de la matrice) suivie de la thermo-oxydation du cœur du jonc. En revanche, lorsque la matrice est bien réticulée, cet endommagement est remplacé par la formation et l’accumulation de microcavités de gaz dans le cœur du jonc, résultant de la thermolyse de la matrice. A terme, ces microcavités coalescent pour former de larges fissures apparentes. Cette dégradation provoque la baisse progressive du module élastique et, au-delà d’un taux d’endommagement (porosités, fissures) critique, la chute catastrophique des propriétés à la rupture. Sur la base de ces résultats, des relations microstructure/propriétés mécaniques sont établies. Des tests complémentaires par thermogravimétrie couplée à la spectroscopie de masse haute résolution sont réalisés sur des films de matrice pure entre 160 et 240°C sous atmosphère inerte, afin d’élucider le mécanisme de thermolyse et l’origine de la cavitation. La décomposition des liaisons instables du réseau époxy conduit à la formation de trois principaux composés organiques volatils dont de l’eau. Lorsque la concentration de ce dernier dépasse son seuil de solubilité dans la matrice, les premières cavités apparaissent. Sur la base de ces résultats, un schéma mécanistique et un modèle cinétique de thermolyse sont proposés et vérifiés avec succès par gravimétrie.

Mots clés: matrice époxy-anhydride, thermolyse, composés organiques volatils, cavitation, fissuration, modélisation cinétique.

 

THERMAL AGEING OF A PLUTRUDED COMPOSITE ROD

Abstract : This thesis is devoted to the study of thermal ageing and lifetime prediction of a composite rod used to stiffen electrical overhead power lines. The operating temperature of the wire is usually ranged between 80 and 90°C and, during maintenance, temperature can rise up to 220°C for short durations. Microstructural analysis of radial composite cross-sections after ageing between 160 and 220°C in air evidences its damage. When the epoxy matrix is under-crosslinked, the damage consists in a spontaneous cracking (due to stresses induced by the chemical shrinkage of the matrix) followed by the thermal oxidation of the rod core. However, when the matrix is better crosslinked, this damage is replaced by the formation and accumulation of microcavities of gases in the rod core, resulting from the matrix thermolysis. Eventually, these microcavities get connected to form wide apparent cracks. This degradation leads to the progressive decrease of the elastic modulus and, beyond a critical damage (porosities, cracks) fraction, a catastrophic fall of fracture properties. Based on these results, microstructure/properties relationships are established. Complementary tests by thermogravimetry coupled with high resolution mass spectrometry are carried on neat matrix films between 160 and 240°C under inert atmosphere to elucidate the thermolysis mechanism and the origin of the cavitation. The decomposition of unstable linkages in the epoxy network leads to the formation of three major volatile organic compounds including water. When the concentration of this later exceeds its solubility threshold in the matrix, the first microcavities appear. Based on these results, a mechanistic scheme and a kinetic model of thermolysis are proposed and successfully checked by gravimetry.

Keywords : epoxy-anhydride matrix, thermolysis, volatile organic compounds, cavitation, cracking, kinetic modeling.

 

09/09/2013 - Soutenance de thèse de Said Lotfi Hafsaoui

Said Lotfi HAFSAOUI soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitules
 

Etude et modélisation de la stabilité thermique et des propriétés des polyamides au cours du rotomoulage
 

 

le 9 septembre 2013 à 9h00
à l’Ecole Militaire Polytechnique
BP 17, Bordj El Bahri,Alger 16111, Algérie
Amphi A

 

Jury
Ahmed BENABOURA,  Professeur, Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, Rapporteur
Farid BAKIR, Professeur, Arts et Métiers ParisTech - CER Paris,  Examinateur
Xavier COLIN Professeur  Arts et Métiers ParisTech - CER Paris,  Examinateur
Mustapha KACI,  Professeu, Université de Béjaia,   Rapporteur
Réda CHERIF MC  Ecole Militaire Polytechnique  Examinateur
Abbas TCHARKHTCHI Professeur  Arts et Métiers ParisTech - CER Paris, Examinateur
Saad LAMOURI, Professeur, Ecole Militaire Polytechnique, Examinateur

 

ETUDE ET MODELISATION DE LA STABILITE THERMIQUE ET DES PROPRIETES DES POLYAMIDES AU COURS DU ROTOMOULAGE

RESUME : Le moulage par rotation est une technique de mise en oeuvre despolymères thermoplastiques. Ce procédé fait l’objet de plusieurs études durant cesdernières années. La finalité de notre travail est la modélisation thermique et chimiquede ce procédé, tenant compte de la nature des polyamides, du changement de phaseset en particulier la cristallisation et la fusion. Ces changements de phases ont ététraités numériquement pour chaque couche de polymère, à l’aide d’une méthode diteenthalpique puis par une autre méthode dérivée de la cinétique de cristallisation. Cettedernière a été modifiée et adaptée à notre travail en procédant à un couplage de deuxconcepts ; le premier traduit le dégagement de la chaleur lors de la transformation dela cristallinité, le deuxième concept est la modélisation chimique de la
thermodégradation des polyamides.

Mots clés : Rotomoulage, Cinétique de cristallisation anisotherme, Thermodégradation
Modélisation, Polyamides.

 

STUDY AND MOLDING OF THERMAL STABILITY AND PROPERTIES OF
POLYAMIDES IN THE CASE OF ROTATIONAL MOULDING

 

ABSTRACT: The rotational molding is a technique for implementation ofthermoplastic polymers. This process is subject of several studies in recent years. Thepurpose of our work is the thermal and chemical modeling of this process, taking intoaccount the phase changes, in particular the crystallization and melting. These phasechanges were digitally processed for each polymer layer used in this study, using amethod known as enthalpic then by another method derived from the crystallizationkinetics. This method has been modified and adapted to our work by taking a couplingof two concepts: the first approach reflects the release of heat during processing ofcrystallinity; the second concept is the chemical modeling of the thermal degradation ofpolyamides.

Keywords : Rotational molding, Non-isothermal crystallization kinetic, Modelin

Groupe(s) de recherche lié(s): 
Polymères & Composites

29/10/2013 - Soutenance de thèse de Mouna BEN HASSINE

Mouna BEN HASSINE soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

 

Modélisation du vieillissement thermique et mécanique des protections externes en EPDM de jonctions rétractables à froid

 

Le Mardi 29 octobre 2013 à 10h30
Amphi ESQUILLAN
Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital
75013 Paris

 

 

Jury de thèse :

M. François-Xavier PERRIN, Professeur, MAPIEM, Université du Sud Toulon-Var, Rapporteur
M. Raphael ESTEVEZ, Professeur, SIMAP, Université INP-Grenoble, Rapporteur
M. Lucien LAIARINANDRASANA, Maître de Recherche, HDR, Centre des matériaux, Mines ParisTech, Examinateur
Mme Florence BRUNO, Ingénieur de recherche, Responsable du pôle matériaux&procédés, LRCCP, Examinateur
M. Xavier COLIN, Professeur, PIMM, ENSAM Paris, Examinateur
M. Moussa NAIT-ABDELAZIZ, Professeur, LML, Université Lille 1, Examinateur
M. Fahmi ZAIRI, Maître de conférences, HDR, LML, Université Lille 1, Examinateur
M. Christophe TOURCHER, Ingénieur de recherche, LME, EDF R&D, Examinateur
M. Gregory MARQUE, Ingénieur de recherche, MMC, EDF R&D, Invité

 

Résumé : L’objectif de cette thèse est l’étude des conséquences de la thermo-oxydation sur la structure chimique et le comportement mécanique d’un Ethylène Propylène Diène Monomère (EPDM). Afin de déterminer les modifications à différentes échelles structurales, quatre formulations modèles sont étudiées : la gomme pure, les matrices vulcanisées stabilisée et non stabilisée et l’élastomère industriel. L’ensemble des échantillons est vieilli entre 70 et 200°C dans l’air ou sous vide puis caractérisé par divers outils analytiques. La thermogravimétrie donne accès aux variations de masse résultant de l’incorporation de l’oxygène et l’émission de composés volatils. L’analyse infrarouge permet de suivre les évolutions des espèces chimiques. Les essais de gonflement, de chromatographie et de spectrométrie mécanique permettent de calculer les nombres de coupures de chaînes et d’actes de réticulation à chaque instant. Sur la base de ces résultats, un modèle cinétique général de thermo-oxydation de la matrice EPDM est proposé et en partie validé. Les conséquences du vieillissement thermique sur le comportement mécanique de l’élastomère industriel sont mises en évidence par des essais de traction uniaxiale et de multi-relaxations à température ambiante. L’impact du vieillissement thermique sur les propriétés ultimes et, les réponses à l’équilibre et hors équilibre est examiné. Un critère prédictif de rupture basé sur la mécanique de la rupture est proposé. Enfin, le couplage vieillissement thermique-contrainte mécanique est étudié par des essais de relaxation de contraintes continues entre 130 et 170°C dans l’air. Les modifications de la microstructure pendant le vieillissement thermique sont intégrées dans les équations constitutives du modèle mécanique macroscopique afin de proposer un outil de prédiction du comportement à long terme de l’élastomère industriel. La simulation numérique montre une bonne adéquation avec les résultats expérimentaux.

Mots clés : Elastomère EPDM, thermo-oxydation, modifications moléculaires et macromoléculaires, mécanique de la rupture, réponse viscoélastique aux grandes déformations, couplage chimie-mécanique.

 

Modelling of thermal and mechanical ageings of the external protection of a cold shrinkable junction made of EPDM rubber

Abstract: The aim of this work is to study the consequences of the thermal oxidation on the chemical structure and mechanical behavior of an Ethylene-Propylene-Diene Monomer (EPDM). In order to determine the structural changes at different scales, four model formulations have been considered: free additive gum, stabilized and unstabilized vulcanized matrix and industrial rubber. All samples were aged between 70 and 200°C in air or vacuum and characterized by several analytical tools. Thermogravimetry gives access to weight variations due to oxygen grafting and volatile compounds release. Infrared analysis is used to follow chemical species evolutions. Swelling tests, chromatographic and mechanical spectrometry tests allow calculating the number of chain scission and cross-linking events at any time. Based on these results, a general kinetic model is proposed and partially validated for EPDM matrix thermal oxidation. The consequences of thermal ageing on the mechanical behavior of the industrial rubber are pointed out by monotonic tensile and multi-step stress relaxation tests at room temperature. The impact of thermal ageing on ultimate properties and, equilibrium and non-equilibrium response are examined. A predictive failure criterion based on fracture mechanics approach is proposed. Finally, the coupling between thermal ageing and mechanical stress is studied by continuous stress relaxation tests between 130 and 170°C in air. The microstructural modifications during thermal ageing are introduced into the constitutive equations of the macroscopic mechanical model in order to propose a predictive tool of the long time behavior of the industrial rubber. The numerical simulation is in good agreement with experimental results.

Keywords: EPDM rubber, thermal oxidation, molecular and macromolecular changes, large strain viscoelastic response, fracture mechanics, chemo-mechanical coupling.

 

05/07/2013 - Soutenance de thèse de Myriam Gharbi

Myriam GHARBI soutiendra publiquement ses travaux de thèses intitulés :

«Etats de surface de pièces métalliques obtenues en Fabrication Directe par Projection Laser (FDPL) : compréhension physique et voies d’amélioration» 

Le vendredi 05 juillet 2013 à 10 heures 30

Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris
Grand Amphi

Directeur de thèse : Patrice PEYRE (LASER)
Co-directeur de thèse : Remy FABBRO (LASER)

 

Jury
Philippe BERTRAND, Maitre de Conférences HDR, ENISE St Etienne, Rapporteur
Pierre SALLAMAND, Professeur, IRM (LTm) -ICB, Le Creusot, Rapporteur
Bruno COURANT, Maitre de Conférences, GeM, Université de Nantes, Examinateur
Christophe COLIN, Enseignant-chercheur, Centre des Matériaux, Mines ParisTech, Evry  Examinateur
Muriel CARIN, Maitre de Conférences, LIMATB, Université de Bretagne , Examinateur
Véronique FAVIER, Professeur, PIMM, Arts et Métiers ParisTech, Paris,  Examinateur
Rémy FABBRO, Directeur de Recherche CNRS, PIMM, Arts et Métiers ParisTech, Paris, Examinateur
Patrice PEYRE Directeur de Recherche CNRS, PIMM, Arts et Métiers ParisTech, Paris, Examinateur

 

Résumé .
Le procédé de fabrication directe par projection laser (FDPL), est un procédé de fabrication additive qui permet de fabriquer des pièces de forme complexe directement à partir d’un fichier CAO, sans outil et sans moule. L'un de ses inconvénients majeurs est la mauvaise qualité des états de surface obtenus (Ra supérieur à 15 μm) qui nécessite systématiquement des étapes de ré-usinage. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet ANR « ASPECT », cette thèse a pour double objectif une meilleure compréhension de l'origine des états de surface dégradés, et le développement de différentes solutions expérimentales innovantes permettant d’améliorer les états de surface.

Dans un premier temps, en considérant des géométries simples (murs) en alliage de titane Ti-6Al-4V, nous avons étudié l’interaction faisceau laser / jet de poudre / bain liquide métallique par différents diagnostics (caméra rapide, caméra thermique, pyrométrie…) pour comprendre l'évolution de la géométrie, la thermique et l’hydrodynamique de la zone fondue (ZF). Ces analyses nous ont permis de corréler les évolutions des ZF à celles des états de surface, et de mettre en évidence, sur le Ti-6Al-4V la prépondérance des effets de tension superficielle sur les effets de gravité, dans l'équilibre des ZF, et l'effet bénéfique de zones fondues larges et profondes combinées à de faibles hauteurs par couche, dans la réduction des micro et macro-rugosités. La réduction du débit massique local Dm* en vis-à-vis des parois latérales et l'augmentation du rayon de courbure des ZF avec l'élargissement des ZF (donc avec des rapports El= P/V (J/m) élevés) sont à l'origine des effets bénéfiques obtenus. Différents modèles analytiques et numériques ont également été utilisés ou développés, en complément des résultats expérimentaux, pour décrire le procédé (modèle d'interaction laser-poudre, modèle numérique thermique 3D du procédé, modèle de calcul des ondulations périodiques).

En utilisant un large spectre de conditions expérimentales, et une caractérisation rigoureuse des conditions de fabrication (analyses de faisceau, de jet de poudre …) nous avons également apporté des améliorations notables à la qualité des états de surface obtenus. Ainsi, l'utilisation d'un éclairement laser uniforme plutôt que quasi-Gaussien, ou l'utilisation d'un régime quasi-pulsé plutôt que continu ont permis, sur le Ti-6Al-4V de réduire significativement les gradients thermiques en ZF et les mouvements de convection de Marangoni associés, et d'obtenir des qualités d'états de surface fortement améliorées (Ra< 3 μm) par rapport aux études antérieures sur le sujet.

Pour finir, une partie de l'étude s'est concentrée sur l'utilisation d'un autre matériau : l'acier inoxydable 316L, afin d'analyser l'influence de la nature chimique et des propriétés thermo-physiques de la poudre projetée sur la qualité des états de surface. Les résultats ont montré que, contrairement à l'alliage de titane, les meilleures rugosités étaient obtenues pour les énergies linéiques El (J/m) les plus faibles, en raison de la formation, à El élevé, de macro-agglomérats de poudre sur les parois des murs. Ce résultat confirme la difficulté d'une approche prédictive globale des états de surface à partir des paramètres thermo-physiques des matériaux projetés.

 

Mots clés :. Laser, procédé laser, fabrication directe, FDPL, projection laser, état de surface, étude hydrodynamique, Simulation Numérique, Comsol

 

 

 

 

Groupe(s) de recherche lié(s): 
Laser : Procédés Laser

02/07/2013 - Soutenance de thèse d'Houda Yahyaoui

Houda YAHYAOUI soutiendra publiquement ses travaux de thèses intitulés :

«Effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70»

 

Le 02 juillet 2013 à 14 heures

Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris
Salle des Conseils

Co-directeur de thèse : Habib Sidhom
Co-directeur de thèse : Chedly Braham

 

Jury
Manuel FRANCOIS, Professeur, LASMIS, Université de Technologie de Troyes, Rapporteur
Tarak BOURAOUI, Professeur, LGM, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir, Rapporteur
Jean Michel SPRAUEL, Professeur, Institut des Sciences du Mouvement Aix Marseille Université, Examinateur
Andrzej BACZMANSKI, Professeur, Faculty of Physics and Applied Computer Science, Cracovie, Examinateur
Habib SIDHOM, Professeur, LMMP, Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Tunis, Examinateur
Chedly BRAHAM, Maitre de conférences, PIMM, Arts et Méteirs Paritech, Examinateur
Nicolas RANC, Maitre de conférences, PIMM, Arts et Métiers Paritech, Invité
Hervé MICHAUD, Ingénieur, Ascometal C.R.E.A.S, Invité

 

Effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70

Résumé : L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70 a été étudié dans ce travail. Une démarche expérimentale conjuguant les techniques de traction « in-situ » sous DRX et traction « in-situ » sous MEB couplées à une modélisation auto-cohérente a été adoptée pour identifier l’effet de l’espacement interlamellaire sur les mécanismes de déformation, les paramètres de plasticité de la ferrite, les déformations élastiques et les distributions des contraintes résiduelles. Les essais ont été effectués sur deux microstructures, à deux espacements interlamellaires différents, résultant de deux traitements thermiques de l’acier C70. Il a été montré que l'écoulement plastique de la structure perlitique est contrôlé par celui de la ferrite lequel est gouverné par l’espacement interlamellaire. Il en est de même pour les distributions des contraintes résiduelles, résultant de la déformation plastique de la structure perlitique. L'identification par le modèle auto-cohérent des cissions critiques  a confirmé l'effet de l'espacement interlamellaire sur le début de l'écoulement plastique de la ferrite. Elle attribue la plus faible valeur de  pour la structure de plus grand espacement interlamellaire Sp = 230 nm, MPa. Les calculs à l'aide du modèle auto-cohérent ont permis de mettre en évidence l'anisotropie élastique à l'échelle des phases et l'effet de l'espacement interlamellaire sur les rigidités et les limites d'écoulement directionnelles. L'analyse microstructurale des sous-structures de déformation par traction uni-axiale de la perlite a mis en évidence l'hétérogénéité de déformation et d'endommagement à l'échelle des phases (ferrite et cémentite). Il a été établi que la déformation plastique de la perlite est caractérisée par le développement de bandes de cisaillement d'intensité et d'étendue dépendant de l'orientation des colonies de perlite par rapport à la direction de chargement. Ces bandes sont le siège de l'amorçage des fissures par cisaillement des lamelles de cémentite lorsque le taux de déformation macroscopique excède 15%. Ce mécanisme opère qualitativement de la même manière pour les deux microstructures étudiées.  L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue giga-cyclique a été étudié par des essais de fatigue, conduits sur une machine ultrasonique offrant des fréquences de chargement de 20 KHz. Des différences de 30 MPa, pour la microstructure à SP= 230 nm, et de 50 MPa pour la microstructure  à SP= 170 nm entre les limites de fatigue conventionnelle (106cycles) et giga-cyclique (109cycles) ont été obtenues sur la base de l’analyse des résultats d’essais de fatigue. L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue méga-cyclique et giga-cyclique de l’acier perlitique C70 apparait peu significatif (ΔσD de 25 à 50 MPa) comparativement aux caractéristiques mécaniques de traction (ΔRe =100 MPa, ΔRm = 127 MPa). Les limites de fatigue giga-cycliques obtenues, intègrent l’effet bénéfique des contraintes résiduelles de compression dans la ferrite, partiellement relaxées sous chargement giga-cyclique. Ces limites de fatigue intègrent également les effets d’écrouissage (durcissement superficiel de la ferrite) induit par l’usinage des éprouvettes et par écrouissage cyclique. L’examen des sites d’amorçage des fissures de fatigue révèle essentiellement un amorçage en surface dans le domaine méga-cyclique et mixte en surface et/ou en sous-couches dans le domaine de fatigue giga-cyclique. En conséquence, les résultats expérimentaux peuvent être interprétés sur la base des effets des propriétés de surface stabilisées et de la microstructure (espacement interlamellaire). Le recours à un critère de fatigue uni-axial de type Goodman permet d’identifier d’une manière qualitative la contribution des différents facteurs d’influence, ci-dessus cités, dans la résistance à l’amorçage des fissures de fatigue.

Mots clés : Acier perlitique, Diffraction X, Modèle auto-cohérent, Fatigue giga-cyclique.

 

Effect of interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearlitic steel

Abstract: The effect of pearlite interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearltic steel was investigated. Tensile tests under scanning electron microscope and under X-ray diffraction coupled with self-consistent model have been used to clarify the role of interlamellar spacing on the deformation mechanisms, ferrite critical shear stress, lattice strain and plastic induced residual stress. Tests have been carried out on two microstructures with different interlamellar spacing, resulting from various heat treatments of C70 pearlitic steel. It has been established that the pearlite deformation is controlled by mechanisms occurring in ferrite. Then yielding of pearlite is controlled by ferrite critical shear stresses) which are equal to 75 MPa for interlamellar spacing Sp = 230 nm and 105 MPa for interlamellar spacing Sp =170 nm. The pearlite deforms inhomogeneously under tensile loading by localized shearing in intense shear bands. These bands propagate across pearlite colonies with cementite lamellae preferentially oriented parallel or slightly inclined to the tensile axis. In the large shear bands, parallel cementite plate offsets before fracture and contributes to the occurrence of localized damage. Outside the shear bands, cementite kinks and bends in randomly distributed pearlite colonies with lamellae perpendicular to the tensile axis. The plastic incompatibility between ferrite and cementite create a residual stress partitioning as compressive in ferrite and tensile in cementite. The level of measured residual stress in ferrite is higher for the largest interlamellar spacing under the same imposed total strain. Giga-cycle fatigue tests were performed to identify the effect of interlamellar spacing on the fatigue limit and cracks nucleation. Tests were performed on an ultrasonic machine at a frequency of 20 KHz. The difference of the fatigue strength between 106 and 109 cycles is about 30 MPa for a pearlite with interlamellar spacing Sp = 230 nm and 50 MPa for a pearlite with Sp= 170 nm. The effect of interlamellar spacing on the mega-cyclic (106 cycles) and giga-cyclic (109 cycles) fatigue limit of pearlitic steel C70 appears not significant (ΔσD 25 to 50 MPa) compared to the mechanical characteristics (ΔRe = 100 MPa, ΔRm = 127 MPa). Giga-cyclic fatigue limit obtained, includes the beneficial effect of stabilized compressive residual stresses in the ferrite. It also includes the effects of hardening induced by the machining test and cyclic hardening. However, any significant effect of interlamellar spacing on the C70 fatigue limits has been shown. The analysis of fracture surface under SEM shows that failures initiated on surface for the mega-cyclic regime and on different sites (surface or internal) for the giga-cyclic regime. Consequently, the experimental results can be interpreted on the basis of the effects of stabilized surface properties and microstructure (interlamellar spacing). The use of a standard uni-axial fatigue Goodman criterion would identify qualitatively the contribution of different factors, cited above, in the fatigue crack initiation resistance.

Keywords : Pearlitic steel, X-ray diffraction, Self-consistent model, Giga-cycle fatigue.

 

Groupe(s) de recherche lié(s): 
CoMet : Comportement et microstructure des Métaux

28/06/2013 - Soutenance d'HDR d'Emmanuel Richaud

Emmanuel Richaud soutiendra son HDR intitulée:

Oxydation radicalaire et stabilisation – Modélisation cinétique

le vendredi 28 juin à 14h00
151. boulevard de l'Hôpital
75013 PARIS
Grand Amphi

 

Rapporteurs
Mme Sindee L. Simon, Professeur,  Texas Tech University, Lubbock (Texas)
Mr Luc Averous, Professeur, Ecole de Chimie, Polymères et Matériaux (ECPM), Strasbourg
Mr Jean-Luc Gardette, Professeur, Institut de Chimie de Clermont Ferrand, Aubière

 

Examinateurs
Mr Mat Celina, Directeur de Recherches, Sandia National Laboratories, Albuquerque (Nouveau Mexique)
Mr Alain Fradet, Professeur, Laboratoire de Chimie des Polymères, Paris
Mr Didier Gigmès, Directeur de Recherches, Institut de Chimie Radicalaire, Marseille
Mr Jean-Pierre Pascault, Professeur, INSA de Lyon, Villeurbanne
Mr Jacques Verdu, Professeur, Arts et Métiers ParisTech, Paris

12/06/2013 - Soutenance de thèse de Henri-François Boyer

Henri-François BOYER soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

"Usinage à sec ou MQL Quantification et prise en compte des dilatations thermiques durant le process"

Le 12 Juin 2013 à 10 heures

Amphi Esquillan

Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris

Directeur de thèse : Philippe LORONG

Co-encadrement de thèse : Nicolas RANC

 

Jury :

Daniel DUDZINSKI, Professeur, LEM3, Univesité de Metz, Rapporteur

Joël RECH, Professeur, ENISE, Rapporteur

Jean Yves HASCOET, Professeur, Laboratoire IRCCYN, Ecole Centrale Nantes, Examinateur

Philippe LORONG, Professeur, Art et Métiers ParisTech, Directeur de thèse

Nicolas RANC, Maître de Conférences, Arts et Métiers ParisTech, Examinateur

Patrice CARRAS, Renault SA, Invité

Franck KOPPKA, Renault SA, Invité

 

Résumé :

L’industrie automobile cherche à réduire son utilisation des liquides de coupe en usinage pour des raisons économiques, environnementales et sanitaires. Les fabricants développent ainsi la démarche Minimum Quantity Lubrication qui vise à réduire au strict minimum l’utilisation des liquides de coupes en usinage. En l’absence de liquide de coupe, la stabilisation thermique de la pièce n’est plus assurée et des échauffements locaux apparaissent. Ces échauffements créent des déformations qui doivent être quantifiés et pris en compte afin d’assurer la conformité de la géométrie produite.

Une démarche de modélisation de l’échauffement d’une pièce pendant l’usinage est présentée. Le modèle obtenu permet à la fois de quantifier la quantité de chaleur introduit dans la pièce pour des usinages simples et de simuler les déformations d’une pièce complexe lors de l’enchainement d’opération d’usinage. Cette quantification repose sur une méthode inverse. Elle est appliquée à des opérations de fraisage, perçage et taraudage d’un alliage d’aluminium AS9U3. Dans un second temps, une étude de l’influence de l’ordonnancement des opérations d’usinage d’un carter de boite de vitesses automobile sur la qualité de la géométrie produite est conduite. Cette étude illustre l’intérêt du modèle de simulation et des outils développés pendant la thèse. Enfin, les enjeux économiques et environnementaux de la technologie MQL seront abordés.

Mots clés : usinage à sec, MQL, thermique, simulation numérique

 

Dry or MLQ machining – Quantification and consideration of thermal distortions aloong the process

Abstract : The application of MQL or dry machining in mass production becomes more and more accepted. Dry (MQL) machining is a very efficient solution to reduce the usage of cutting fluids and represents an effective measure for an environmental friendly production. However, these techniques do not benefit any more from the stabilization in temperature obtained with cutting fluids. More important and more heterogeneous increases of the temperature are observed. This leads to distortions of the work piece during machining which are necessary to be taken into account to maintain the geometrical quality of the manufactured surfaces. A model of the warm-up of a part during machining is presented. The obtained model allows to quantify heat introduced into the work piece for simple operations and to feign the distortions of a complex part when operations are enchained. This quantification is based on an inverse method. It is applied for reaming, drilling and tapping process for an aluminum alloy AS9U3. Secondly, a study about influence of operations organization is done. We use the model to quantify distortions an aluminum clutch case along machining. This study illustrates interest of the model and of tools developed during the PhD. In a last part, economic and environmental stakes of the MQL approach are discussed.

Keywords : MQL Machining, Dry Machining, Heat Transfer, Simulation

Groupe(s) de recherche lié(s): 
DYSCO : DYnamique Structures Systèmes et Contrôle

23/05/2013 - Soutenance de thèse de Jean-Sebastien Charrier

Jean-Sebastien CHARRIER

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Développement de méthodologies dédiées à l’analyse robuste de la tenue de structures composites sous chargements complexes tridimensionnels.

Soutenance prévue le jeudi 23 mai 2013 à 14h00
  Onera 29 avenue de la division leclerc 92320 Châtillon

Composition du jury proposé

M. Malk BENZEGGAH

 

 

Université Technologique de Compiegne

 

Rapporteur

M. Dominique PERREUX

 

 

Université de Franche-Comté

 

Rapporteur

M. Etienne BALMES

 

 

Arts et Métiers ParisTech - PIMM

 

Examinateur

M. Eric MARTIN

 

 

LCTS / Université de Bordeaux

 

Examinateur

M. Stéphane MAHDI

 

 

Airbus France SAS

 

Examinateur

M. Frédéric LAURIN

 

 

Onera

 

Examinateur

M. Nicolas CARRERE

 

 

ENSTA Bretagne / Université de Brest

 

Examinateur

 

Mots-clés :

Matériaux composites,Délaminage,Critère de rupture,Identification des résistances hors-plan,

 

Résumé :

L’usage des matériaux composites, et en particulier des stratifiés d’unidirectionnels, ne cesse de croître dans les structures aéronautiques en raison de leur rapport masse/rigidité/résistance très intéressant. Leur utilisation s’étend désormais aux structures primaires (jusqu’ici en matériaux métalliques) des futures gammes d’avions. Dans les structures vitales de l’avion, les pièces en composites contenant des cornières composites sont de plus en plus nombreuses. Ces pièces sont soumises à des sollicitations complexes qui induisent des modes de rupture tridimensionnelle. Or, la tenue mécanique hors-plan est l’une des principales faiblesses des stratifiés d'unidirectionnels et la prévision de la tenue de structures soumises à des chargements tridimensionnelles reste actuellement un challenge scientifique. Il semble indispensable de proposer des modèles matériaux innovants offrant un degré moindre d’empirisme que les approches actuellement utilisées en bureau d'études pour le dimensionnement de structures composites mais aussi il s'avère nécessaire de proposer les procédures d’identification associées. L’objectif de cette thèse est donc de proposer une stratégie robuste pour l’analyse de la tenue de structures composites soumises à des sollicitations tridimensionnelles. Nous avons proposé une approche progressive de la rupture 3D permettant de prévoir les différents types d'endommagement et modes de ruine pouvant intervenir dans un composite stratifié. Une procédure originale d’identification des résistances hors-plan de traction et de cisaillements à partir d'essais sur cornières composites stratifiées a également été proposée. Enfin, des essais de dépliages/pliages sur cornières ont été réalisés afin valider l'approche 3D de la rupture proposée.

 

 

27/05/2013 - Soutenance de thèse d'Amin Shabani

Amin SHABANI 

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Vieillissement thermique et radiochimique de matrices EPDM pures et chargées d’ATH: Mise au point de relations structure/propriétés

le lundi 27 mai 2013 à 14h00
  151, boulevard de l'Hôpital,
75013, Paris, France
Amphi Esquillan

 

Composition du jury proposé 

Mme Florence  DELOR-JESTIN

 

 

ENSCCF

 

Rapporteur

M. Gregory B. MCKENNA

 

 

Texas Tech University

 

Rapporteur

M. Xavieur COLIN

 

 

PIMM, ENSAM Paris

 

Examinateur

M. Grégory MARQUE

 

 

EDF

 

Examinateur

Mme Isabelle ROYAUD

 

 

Université de Lorraine

 

Examinateur

M. Fahmi ZAÏRI

 

 

Université Lille1

 

Examinateur

M. Yannick GOUTILLE

 

 

NEXANS NRC

 

Invité

 

Mots-clés :

EPDM,ATH, réticulation, vieillissement

 

Résumé :  

La prédiction de la durée de vie des isolants en EPDM des câbles de faible à moyenne tension dans les centrales nucléaires se heurte à la méconnaissance des relations structure/propriétés mécaniques et l’absence de critères de fragilisation structuraux pertinents. Pour tenter de combler cette lacune, trois matrices EPDM chargées par 0, 33 et 100 phr de particules d’ATH vierges ou ensimées ont été réticulées par le peroxyde de dicumyle à 170°C, avant de subir un vieillissement thermique à 90, 110 et 130°C, ou radiochimique à 40°C sous 0,1, 1 et 10 kGy.h-1 dans l’air. Une approche multi-échelles a été mise en place pour déterminer l’oxydation des matrices EPDM à l’échelle moléculaire et ses conséquences aux échelles macromoléculaire et macroscopique, à l’aide de plusieurs techniques de caractérisation complémentaires : spectrophotométrie IRTF, calorimétrie différentielle, rhéométrie à l’état fondu, gonflement dans un solvant, traction uniaxiale, etc. Les relations structure-propriétés établies dans cette étude permettent d’expliquer, en autre, la dégradation des propriétés élastiques et à la rupture des matrices EPDM par coupures de chaines, et le renforcement des interphases charge/matrice sous l’action de mécanismes physico-chimiques spécifiques des conditions d’oxydation.

 

 

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