Simulation haute fidélité de l’évolution microstructurale à chaud des métaux par une approche couplée milieux généralisés et champ de phase

18 mois - rémunéré

ONERA, Châtillon (92)

Personnes à contacter par le candidat

Anna Ask, anna.ask@onera.fr -
Christophe Bovet, christophe.bovet@onera.f

DATE LIMITE DE CANDIDATURE

31/12/2022

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Présentation du projet post-doctoral, contexte et objectif

Lors de chargements thermomécaniques, la microstructure des métaux peut subir des évolutions importantes via une combinaison de niveaux de déformations viscoplastiques élevés, de germination de nouveaux grains, d’apparition de sous-joints de grains ou de migration des joints de grains. Anticiper ces évolutions est essentiel pour maîtriser les propriétés mécaniques du matériau qui peuvent être modifiées de manière significative par le traitement. Proposer un modèle cohérent à l’échelle des grains (quelques microns), tenant compte de tous ces phénomènes est une tâche complexe et les simulations associées présentent un coût de calcul élevé.

Récemment, (A. Ask et al. 2018, 2019, 2020) a proposé un modèle qui peut prendre en compte l’évolution de la microstructure pendant par exemple le recuit d’une tôle laminée ou même pendant le formage à chaud en combinant la plasticité cristalline avec une méthode de champ de phase. La plasticité cristalline se fonde sur un continuum de Cosserat. La dynamique du champ de phase introduit des interfaces diffuses et mobiles pour prendre en compte la migration des joints de grains. Ce modèle prometteur est pour le moment limité aux cas 2D en petites perturbations (voici l’illustration ci-dessous). Le premier objectif du post-doctorant sera d’étendre ce modèle aux cas 3D en grandes déformations.

Une fois le modèle développé et validé, le post-doctorant réalisera des simulations haute fidélité de traitements thermomécaniques. Ces simulations auront un coût de calcul très élevé, à cause de la complexité du modèle et la finesse des maillages éléments finis nécessaires pour décrire précisément la microstructure et son évolution. Pour cela, le post-doctorant devra prendre en main les méthodes de calcul haute performances développées depuis plusieurs années à l’Onera dans le solveur éléments finis Z-set. La performance de ces méthodes, et notamment celles du solveur AMPFETI, ont été démontrées jusqu’à des simulations comportant 500 millions d’inconnues et 10 000 cœurs en parallèle. Le second objectif du post-doctorant sera d’exploiter ces outils avancés pour simuler et comprendre les mécanismes pilotant l’évolution microstructurale à chaud des métaux