Caractérisation de matériaux composites à fibres courtes via des modèles micromécaniques avancés
AAP 2021 : Projet postdoctoral
Axe thématique : 3 - Défis et recherche fondamentale
Porteur de projet : Rémi Cornaggia (Institut Jean le Rond D’Alembert)
Co-porteuse de projet : RenaldBrenner (Institut Jean le Rond D’Alembert)
Doctorante : Oscar Luis Cruz Gonzales
Laboratoires : Institut Jean le Rond D’Alembert
Oscar Luis Cruz González, postdoctorant
Originaire de Cuba, Oscar Luis étudie au sein de la faculté de Mathématiques et d'Informatique de l'Université de La Havane et obtient en 2016 une licence en Mathématiques. Motivé par le domaine des mathématiques appliquées et ayant comme références les recherches en matériaux composites développées par le Groupe de Mécanique des Solides de sa faculté, il s'inscrit au Master en Sciences Mathématiques spécialisée dans les Équations Différentielles et Mécanique, et obtient son diplôme en 2018.
Les collaborations entre le groupe de recherche de l'Université de La Havane et son homologue français à Marseille lui permette d'effectuer un stage de recherche au Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (LMA) en 2018. Ce séjour a pose les bases d'un futur projet de recherche de thèse à mener au sein du laboratoire. En octobre 2018, Oscar s'inscrit au programme de doctorat en Sciences de l'Ingénieur à l'Université d'Aix-Marseille sous la supervision conjointe des professeurs Frédéric Lebon et Reinaldo Rodríguez Ramos. Le sujet de recherche porte sur la modélisation de matériaux composites viscoélastiques linéaires à structure hiérarchique et interfaces imparfaites via une approche d’homogénéisation asymptotique multi-échelle.
Il soutient sa thèse avec succès en octobre 2021 et poursuit sa passion pour la recherche. Il bénéficie aujourd'hui d'une bourse de l'Institut de Science des Matériaux et travaille actuellement comme chercheur postdoctoral à l'Institut Jean le Rond d'Alembert, en collaboration avec les chercheurs Remi Cornaggia, Sophie Dartois et Renald Brenner. Son travail porte sur la caractérisation des composites à fibres courtes à l'aide de modèles micromécaniques avancés.
le projet de recherche
Le projet : Parmi les nombreux matériaux composites existants, les matériaux renforcés par des fibres courtes (par exemple de verre ou de carbone, dans une matrice polymère), peuvent être réalisés par exemple par injection ou par extrusion de filaments renforcés destinés à l'impression 3D (Figure 1). Ces filaments renforcés, en plein essor, peuvent être issus du recyclage de composites « à fibres longues » massivement utilisés dans l’aéronautique ou d’autres applications [1].
Pour dimensionner des pièces composées de tel matériaux, il est nécessaire de déterminer le comportement effectif du matériau, c’est-à dire sa réponse macroscopique quand il est soumis à des sollicitations (thermiques, mécaniques ...) à l’échelle de la pièce, bien supérieure à l’échelle de la microstructure.
Les modèles en champs moyen [2] permettent une estimation rapide des propriétés effectives thermoélastiques d'un composite à partir d'une image représentative ou de la description statistique de sa microstructure. En particulier, la distribution spatiale des fibres, résultante du processus de fabrication, peut être prise en compte grâce à des modèles avancés tel que le modèle de Ponte-Casteñeda et Willis (PCW) [4], ou le modèle IDD proposé par [3] et donne une formulation « unifiée » [2] incorporant d’autres modèles.
Dans ce contexte, ce projet a pour but de déterminer la meilleure calibration de ces modèles à partir d’une image ou de descripteurs statistiques d’une microstructure.
[1] A. Rahimizadeh, J. Kalman, K. Fayazbakhsh and L. Lessard. Mechanical and thermal study of 3D printing composite filaments from wind turbine waste, Polymer Composites 42, 2305–2316, 2021
[2] Hessman, P. A.; Welschinger, F.; Hornberger, K. & Böhlke, T.
On mean field homogenization schemes for short fiber reinforced composites: Unified formulation, application and benchmark
International Journal of Solids and Structures, Elsevier BV, 230-231, 111141, 2021
[3] Q.-S. Zheng and D.-X. Du. An explicit and universally applicable estimate for the effective properties of multiphase composites which accounts for inclusion distribution. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 49(11) :2765–2788, 2001
[4] P. Ponte Castañeda and J. R. Willis. The effect of spatial distribution on the effective behavior of composite materials and cracked media. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 43(12) :1919–1951, 1995