MEC592 - Mécanique des matériaux et des structures (2023-2024)

Description générale de l’option Le développement des activités industrielles repose sur une maîtrise complète des systèmes matériels conçus par l’Ingénieur. En particulier, la sécurité des installations exige non seulement une connaissance parfaite des constituants, mais aussi une analyse approfondie de la réponse globale de ces systèmes sous sollicitations diverses afin de prévoir les phénomènes physiques ou mécaniques susceptibles de se produire.

Ces phénomènes pourront être statiques, répétés, variables, dynamiques ou différés. Les méthodes et démarches d’analyse de ces problèmes actuels de la mécanique des matériaux et des structures constituent la thématique de cette option.

Thèmes

Les thèmes recouverts par l’option sont :

• les matériaux nouveaux (composites, alliages à mémoire de forme, matériaux micro ou nanostructurés) mais aussi les matériaux plus traditionnels en constante évolution (métaux et alliages, polymères, bois, céramiques, verres…). Conception, élaboration, caractérisation et prévisions des propriétés en service et ultimes, analyse des relations entre comportements et microstructures, optimisation ;
• la réponse anélastique des matériaux et des structures sous sollicitations mécaniques et thermiques ;
• la mécanique de la rupture : rupture fragile ou ductile. Sécurité vis-à-vis de la rupture brutale. Calcul de la durée de vie des structures en fatigue ;
• les problèmes de stabilité et de bifurcation rencontrés dans les études de solides : le flambement des solides élastiques ou élasto-plastiques, la stabilité de la propagation d’un système de fissures en rupture fragile ;
• les méthodes numériques de l’ingénieur : la méthode des éléments finis : principe et pratique en liaison avec les codes de calcul de l’industrie, la méthode des équations intégrales ;
• les matériaux intelligents, qui changent leur forme en fonction des champs magnétiques ou électriques externes ;
• les matériaux architecturés ;
• le machine learning pour le design des matériaux.

Les stages

Des sujets de stage provenant des études actuelles dans les domaines technologiques en pleine évolution comme l’aéronautique et l’espace, l’offshore, le génie nucléaire, la géophysique, le génie industriel, l’ingénierie assistée par ordinateur, sont offerts aux élèves dans divers laboratoires industriels et universitaires de la région parisienne, en province ou à l’étranger.

Les élèves intéressés par l’option devront faire parvenir aux responsables de l’option la feuille de vœux disponible sur le site du catalogue (ressources pédagogiques). Cette feuille devra préciser les stages choisis parmi ceux proposés par l’option, dont la liste sera disponible en ligne sur le même site à partir d’octobre et sera régulièrement mise à jour, ou ceux que les élèves auront trouvés par eux-mêmes, et qui nécessiteront une validation par les responsables de l’option. Les élèves pourront toujours contacter l’un des responsables, pour définir avec lui le stage qui leur convient le mieux.

Exemples de stages effectués les années précédentes :

En France :

- SETEC : structures élastiques, ondes sismiques,

- SETEC Nucléaire: équilibre des structures, coques en béton armé,

- Beckton-Dickinson (BD) : matériaux biomédicaux, production de seringues, injection de médicaments dans les tissus,

- Groupe Stellantis : fissuration, comportement élasto-plastique,

- Meteo-France : écoulement des glaciers, corrélation digitale d'image,

-Framatome : calculs des structures élasto-plastiques, fissuration,

- SAFRAN : modélisation de matériaux composites,

- Saint-Gobain Recherche : maintenance prédictive, analyse des vibrations,

- Eurovia Vinci: perméabilité et ruissèlement du sol et des chaussées,

- U. Paris-Saclay : étude des matériaux par fabrication additive.

A l’étranger (à titre indicatif) :

- ETH Zurich : rupture fragile et ductile, matériaux ferroélectriques et couplés, calculs numériques, matériaux architecturés,

- Cornell University, USA : machine learning pour les matériaux, calculs numériques des matériaux architecturés,

- Johns Hopkins University, USA : matériaux architecturés, machine learning, rupture, impression 3D,

- Ecole Polytechnique Montréal, Canada : étude des séismes

- McGill University, Canada : structures élancées, théorie et calculs

- EPFL, Switzerland : matériaux de construction biosourcés, structures élancées, matériaux actifs

- University of Colorado, Boulder, USA : biomécanique, matériaux biomimétiques

-  CALTECH, USA : propagation des ondes, métamatériaux architecturés

- University of Texas, Austin, USA : rupture ductile des matériaux métalliques et polymères, matériaux intelligents

- University of Amsterdam, Netherlands : métamatériaux imprimés en 3D, matériaux cellulaires

The industrial activity development is based on a complete of material systems developed by the Engineer. In particular, the installation security require not only a perfect knowledge of components, but also a detailed analysis of the global response of these systems under various loading, in order to predict physics and mechanics phenomena that are likely to occur.

These phenomena can be static, repeated, variable, dynamic or delayed. Analysis methods and approaches of these actual issues of material and structure mechanics are the topic of this option.

Topics

• new materials (composites, shape-memory alloy, micro or nanostructured materials) but also more traditional materials in constant evolution (metal and alloys, polymers, timber, ceramics, glass). Designing, development, characterization and prediction of the in use and ultimate properties, analysis of the relations between behavior and microstructures, optimization;
• the anelastic response of materials and structures under mechanic and thermal load;
• fracture mechanics: brittle or ductile frature. Security of overload fracture. Calculation of the lifetime of structural fatigue;
• problems of stability and bifurcation met in the solid studies: of elastic and elasto-plastic solids, spreading stability of the cracking systems in brittle fracture;
• digital engineering methods: methods of finite elements: principe and practice in conjunction with industrial calculation codes, methods of integrale equations;
• smart materials, that changing their shape depending of magnetic or external electric fields;
• architectured materials;
• machine learning for material design.

Internships

Internship subjects from actual studies in the evolving technological fields like aeronautics and space, offshore, nuclear engineering, geophysics, industrial engineering, comuter-aided engineering, are offered to students in various industrial and academic laboratories of the Paris region, provinces and abroad.

Students interested in this option will have to send the whish page (available on the catalogue site - educational ressources) to the teacher in charge of the option. This page must specify the chosen internships among the proposed ones by the option, the list will be available online on the same site in October, and will be regularly updated, or the ones found by the students, and that will need to be validated by the teachers in charge of the option. Students will always have the possibility to contact one of the teachers, to define the best internship for the student

Examples of internships done in the earlier years:

In France:

• SETEC: elastic structures, seismic wave,

• SETEC Nuclear: structure balance, reinforced concrete structure,

• Beckton-Dickinson (BD): biomedical materials, syringe production,injecting drugs into the tissues,

• Groupe Stellantis: cracking, elasto-plastic behavior,

• Meteo-France: flow of glaciers, digital image correlation,

• Framatome: calculations of elasto-plastic structures, cracking,

• SAFRAN: composite material modeling,

• Saint-Gobain Recherche: predictive maintenance, vibration analysis,

• Eurovia Vinci: soil and roads permeability and runoff,

• U. Paris-Saclay: study of materials through additive manufacturing.

Abroad (on an indicative basis):

• ETH Zurich : brittle and ductile frature, ferroeclectric and coupled materials, digital calculations, architectured materials,

   

• Cornell University, USA : machine learning for materials, digital calculations of architectured materials,

• Johns Hopkins University, USA : architectured materials, machine learning, fracture, 3D printing,

• Ecole Polytechnique Montréal, Canada : study of seisms

• McGill University, Canada : slender structures, theory and calculations

• EPFL, Switzerland : biosourced building materials, slender structures, active materials

• University of Colorado, Boulder, USA : biomechanics, biomimetics materials

• CALTECH, USA : wave propagation, architectures metamaterials

• University of Texas, Austin, USA : ductile fracture of matal materials and polymers, smart materials

• University of Amsterdam, Netherlands : 3D-printed metamaterials, cellular materials