Thèse modélisation des composants caoutchouc-métal (h/f)

Req ID:461979

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Contexte scientifique et technologique

La réduction des vibrations et des sollicitations induites par les chocs mobilise l’utilisation de composants constitués de parties en polymères (caoutchoucs ou polymères de synthèse) et en métal. Ces composants ont un comportement mécanique complexe impliquant hyperélasticité, viscoélasticité, sensibilité forte à la température, vieillissement et sont encore l’objet d’une activité de recherche et développement intense.

Objectifs

L’objectif de cette thèse est de proposer des modèles numériques et leurs paramètres pour reproduire le comportement des composants constitués de caoutchouc et de métal puis de les intégrer au sein du modèle d’un bogie de train, simulation multi-corps, ou d’un sous-système du bogie, simulation de structure par éléments finis. Par nature, la problématique implique plusieurs échelles de modélisation puisque la géométrie des composants « caoutchouc-métal » et le fait qu’ils intègrent plusieurs matériaux pourrait nécessiter une modélisation détaillée à l’échelle du composant tandis que leur intégration à l’échelle du bogie nécessite l’utilisation de « modèles équivalents » à peu de degrés de liberté pour limiter les temps de simulation.

Travail envisagé

1. Un état de l’art des différents types de modèles équivalents sera réalisé. Il s’agira en particulier de comparer les modèles équivalents identifiés directement à partir des données d’essais et les modèles équivalents construits à partir de modèles physiques détaillés et de techniques de réduction de modèles (super-éléments). Pour chacun d’entre eux, il s’agira également d’évaluer les domaines de validité en termes de bande fréquentielle, amplitude de sollicitation, température. Il faudra également évaluer quels sont les besoins en termes de caractérisation expérimentale pour déterminer les paramètres de ces modèles.
2. L’intervalle dans lequel évoluent les valeurs des paramètres influant le comportement des pièces caoutchouc-métal des autres types de composants de liaisons (ressorts, articulations, liaisons boulonnées, etc) sera identifié. Ces données permettront de définir un domaine à explorer expérimentalement. Une analyse d’influence permettra de hiérarchiser ces paramètres pour réduire le plan d’expérience et contraindre le processus d’identification.
3. En fonction de ce qui précède, les caractérisations expérimentales de plusieurs composants caoutchouc-métal seront réalisées en incluant une partie expérimentale à l’échelle du matériau et du composant et une partie numérique à l’échelle du composant. L’exploitation des résultats d’essai à l’échelle du matériau alimentera les modèles physiques. Et l’exploitation des résultats d’essai à l’échelle du composant caoutchouc métal alimentera les modèles à base de données. Ces dernières serviront également à valider les modèles de composants proposés. Une attention particulière sera accordée dans ce processus aux paramètres les moins maîtrisés (par exemple, influence du vieillissement des caoutchoucs) dans les modèles équivalents.
4. Ensuite, les modèles numériques équivalents validés seront introduits au sein des différentes échelles de systèmes et sous-système : coffre de traction, support d’antenne, bogie, train. Quel que soit l’échelle du système étudié, la validation du comportement des modèles numériques sera réalisée, en confrontant les prédictions avec des mesures expérimentales. Des mesures adaptées pourront être réalisées sur des bancs d’essais dédiés (pot vibrant électrodynamique, banc à rouleaux bogie, …) ou lors d’essais sur train. Une étude de sensibilité sera réalisée pour dégager les paramètres d’influence majeure sur le système étudié. L’influence de la typologie des signaux d’excitations dynamiques du système sera étudiée (excitations aléatoires, harmoniques, impulsionnelles, etc).

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Job Type: Stage/Apprenti