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16/11/09 Matériaux du nucléaire et marchés d’ITER Matériaux et procédés : de l’expérimentation à la modélisation. Espace Technologique Expérimental de Saudron -Bure 12 novembre 2009
Matériaux et procédés : de l’expérimentation à la modélisation Institut Charles Delaunay – LASMIS FRE CNRS 2848 Université de Technologie de Troyes (UTT) Pascal LAFON [email_address] 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
La recherche à l’UTT .. Une structure unique associée au CNRS regroupant : 8 équipes de recherche totalisant 156 enseignants / chercheurs & 130 doctorants Un budget annuel consolidé de 10M€ 163 contrats de recherche privés Institut Carnot UT (Universités de Technologie pour l’Innovation et l’Entreprise), conjoint UTT/UTC Faits marquants : Structure support ANR pour la sécurité globale Pilote du GIS Surveillance, Sûreté et Sécurité des Grands Systèmes (3SGS) Laboratoire de Recherche Correspondant avec le CEA Leti (et avec CEA Valduc en projet) Plate forme d’enseignement et de recherche à Shanghai (UTSEUS) Projet d’antenne (enseignement, recherche, valorisation) de l’UTT à Nogent 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
L’équipe LASMIS en quelques chiffres .. Personnels 61 Personnes impliquées, réparties en : 20 enseignants chercheurs permanents 7 ingénieurs & techniciens, 2 administratifs 32 doctorants Locaux  2700 m² dont 2100 m² de laboratoires Budget 31 projets en cours en 2009 Budget non consolidé 2009 :  1020 k€ Dotation ministère+CNRS:    7% Contrats régionaux:  42% Contrats internationaux:  31% Contrats industriels:  20% 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Projets en cours autour de quelques procédés .. Ingénierie des précontraintes – contraintes résiduelles Traitement de surface par impacts (grenaillage de précontrainte, chocs laser) : Objectifs : Validation expérimentale des modèles de génération de pré contraintes Développement de méthodes de caractérisation Modélisation et développement de procédés nouveaux (SMAT) Effets des contraintes résiduelles sur la durée de vie et la stabilité géométrique Formalisation de la relation produit-procédé 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Grenaillage de précontrainte .. Simulation numérique du procédé de grenaillage Modélisation dynamique avec comportement thermo-visco plastique de multi-impacts 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Grenaillage de précontrainte .. Validation expérimentale des modèles de génération de pré contraintes Nouvelle méthode de détermination des contraintes résiduelles (méthode de la rainure) Thermographie dynamique d’impacts (en partenariat avec l’URCA) 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Grenaillage de précontrainte .. Formalisation de la relation produit-procédé Formage de structures de grande dimensions Modélisation du procédé pour une meilleure prise en compte des paramètres du procédés en conception  12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Nouveau procédé .. SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) Pour des conditions spécifiques de grenaillage, création d’une couche nanostructurée d’épaisseur variable Amélioration significative des performances du matériaux Acier 316L, Z38CDV5, Acier twip, .. Alliage de cuivre Alliage de Zirconium, .. Mise au point du procédé , analyse des mécanismes physique sous jacents 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Nouveau procédé .. SMAT + colaminage Développement de matériaux sandwich par colaminage de matériaux nanostructurés. Combinaison d’une haute résistance mécanique et d’une bonne ductilité  Collaboration avec le CEA - Saclay 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Projets en cours autour de quelques procédés.. Mise en forme par grande déformation Objectifs : Validation d’outils avancés de simulation du comportement de matériaux Optimisation du procédé de forgeage (géométrie des outillages) Améliorer la durée de vie des outillages Démarche : Modélisations avancées du comportement du matériaux (couplage endommagement / comportement) Un outil générique de simulation numérique par éléments finis pour de nombreux procédés et géométries Pièces minces ou massives Découpage, emboutissage, forgeage, … 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Mise en forme par grandes déformations Simulation de procédés Exemple pièce minces : Simulation du découpage de tôles d’aluminium Emboutissage de tôles d’alliage d’aluminium 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Mise en forme par grandes déformations Simulation de procédés Extrusion de pièces massives et formation de défauts Forgeage à chaud  12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Mise en forme par grandes déformations Recalage des simulations : Comparaison pièce réelle numérisée / simulation EF. 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19 Bras de numérisation avec capteur LASER Pièce réelle Géométrie issue de la simulation
Mise en forme par grandes déformations Optimisation de procédés Vers la définition d’une gamme optimisée Génération de pré-formes par morphing géométrique Optimisation de la géométrie des outillages. 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Projets en cours autour de quelques procédés .. Soudage Laser Objectif : Modélisation du comportement de liaison soudée hétérogène (Ta/TA6V) Démarche mise en œuvre : Modélisation multi-échelle du comportement Caractérisation par nano indentation Mesures de champs par corrélation d’images 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
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Soudage Laser Corrélation d’images & mesures de champ Superposition de champs de déformation réel (MEB) et calculé (EF). 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
Conclusions .. Compétences fortes en  Ingénierie de précontraintes Modélisation des procédés Photomécanique & caractérisation / modélisation des matériaux Dans une approche transversale du couple matériaux/procédés. Contacts : Responsable LASMIS : Manuel François Génie de Précontrainte & SMAT : Emmanuelle Rouhaud / Delphine Retraint Modélisation & grandes déformations : Khémais Saanouni 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19

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  • 1. 16/11/09 Matériaux du nucléaire et marchés d’ITER Matériaux et procédés : de l’expérimentation à la modélisation. Espace Technologique Expérimental de Saudron -Bure 12 novembre 2009
  • 2. Matériaux et procédés : de l’expérimentation à la modélisation Institut Charles Delaunay – LASMIS FRE CNRS 2848 Université de Technologie de Troyes (UTT) Pascal LAFON [email_address] 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 3. La recherche à l’UTT .. Une structure unique associée au CNRS regroupant : 8 équipes de recherche totalisant 156 enseignants / chercheurs & 130 doctorants Un budget annuel consolidé de 10M€ 163 contrats de recherche privés Institut Carnot UT (Universités de Technologie pour l’Innovation et l’Entreprise), conjoint UTT/UTC Faits marquants : Structure support ANR pour la sécurité globale Pilote du GIS Surveillance, Sûreté et Sécurité des Grands Systèmes (3SGS) Laboratoire de Recherche Correspondant avec le CEA Leti (et avec CEA Valduc en projet) Plate forme d’enseignement et de recherche à Shanghai (UTSEUS) Projet d’antenne (enseignement, recherche, valorisation) de l’UTT à Nogent 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 4. L’équipe LASMIS en quelques chiffres .. Personnels 61 Personnes impliquées, réparties en : 20 enseignants chercheurs permanents 7 ingénieurs & techniciens, 2 administratifs 32 doctorants Locaux 2700 m² dont 2100 m² de laboratoires Budget 31 projets en cours en 2009 Budget non consolidé 2009 : 1020 k€ Dotation ministère+CNRS: 7% Contrats régionaux: 42% Contrats internationaux: 31% Contrats industriels: 20% 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 5. Projets en cours autour de quelques procédés .. Ingénierie des précontraintes – contraintes résiduelles Traitement de surface par impacts (grenaillage de précontrainte, chocs laser) : Objectifs : Validation expérimentale des modèles de génération de pré contraintes Développement de méthodes de caractérisation Modélisation et développement de procédés nouveaux (SMAT) Effets des contraintes résiduelles sur la durée de vie et la stabilité géométrique Formalisation de la relation produit-procédé 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 6. Grenaillage de précontrainte .. Simulation numérique du procédé de grenaillage Modélisation dynamique avec comportement thermo-visco plastique de multi-impacts 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 7. Grenaillage de précontrainte .. Validation expérimentale des modèles de génération de pré contraintes Nouvelle méthode de détermination des contraintes résiduelles (méthode de la rainure) Thermographie dynamique d’impacts (en partenariat avec l’URCA) 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 8. Grenaillage de précontrainte .. Formalisation de la relation produit-procédé Formage de structures de grande dimensions Modélisation du procédé pour une meilleure prise en compte des paramètres du procédés en conception 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 9. Nouveau procédé .. SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) Pour des conditions spécifiques de grenaillage, création d’une couche nanostructurée d’épaisseur variable Amélioration significative des performances du matériaux Acier 316L, Z38CDV5, Acier twip, .. Alliage de cuivre Alliage de Zirconium, .. Mise au point du procédé , analyse des mécanismes physique sous jacents 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 10. Nouveau procédé .. SMAT + colaminage Développement de matériaux sandwich par colaminage de matériaux nanostructurés. Combinaison d’une haute résistance mécanique et d’une bonne ductilité Collaboration avec le CEA - Saclay 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 11. Projets en cours autour de quelques procédés.. Mise en forme par grande déformation Objectifs : Validation d’outils avancés de simulation du comportement de matériaux Optimisation du procédé de forgeage (géométrie des outillages) Améliorer la durée de vie des outillages Démarche : Modélisations avancées du comportement du matériaux (couplage endommagement / comportement) Un outil générique de simulation numérique par éléments finis pour de nombreux procédés et géométries Pièces minces ou massives Découpage, emboutissage, forgeage, … 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 12. Mise en forme par grandes déformations Simulation de procédés Exemple pièce minces : Simulation du découpage de tôles d’aluminium Emboutissage de tôles d’alliage d’aluminium 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 13. Mise en forme par grandes déformations Simulation de procédés Extrusion de pièces massives et formation de défauts Forgeage à chaud 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 14. Mise en forme par grandes déformations Recalage des simulations : Comparaison pièce réelle numérisée / simulation EF. 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19 Bras de numérisation avec capteur LASER Pièce réelle Géométrie issue de la simulation
  • 15. Mise en forme par grandes déformations Optimisation de procédés Vers la définition d’une gamme optimisée Génération de pré-formes par morphing géométrique Optimisation de la géométrie des outillages. 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 16. Projets en cours autour de quelques procédés .. Soudage Laser Objectif : Modélisation du comportement de liaison soudée hétérogène (Ta/TA6V) Démarche mise en œuvre : Modélisation multi-échelle du comportement Caractérisation par nano indentation Mesures de champs par corrélation d’images 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 17. Soudage laser Caractérisation par nanoindentation : Mesure du module d’Young et de dureté des matériaux dans et à proximité de la soudure. 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 18. Soudage Laser Corrélation d’images & mesures de champ Superposition de champs de déformation réel (MEB) et calculé (EF). 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19
  • 19. Conclusions .. Compétences fortes en Ingénierie de précontraintes Modélisation des procédés Photomécanique & caractérisation / modélisation des matériaux Dans une approche transversale du couple matériaux/procédés. Contacts : Responsable LASMIS : Manuel François Génie de Précontrainte & SMAT : Emmanuelle Rouhaud / Delphine Retraint Modélisation & grandes déformations : Khémais Saanouni 12 novembre 2009 Séminaire : Matériaux du nucléaire et marché d’ITER /19