DMAS - Matériaux et structures

Unités de recherche

M3S | FD2M | M3P | MS2 | ETC2 | MC2 | CRD | LEM

 

Mécanique des Matériaux Métalliques (M3S)

L’Unité M3S modélise le comportement non linéaire et l’intégrité des matériaux et des structures métalliques soumis, en service, à des chargements multiaxiaux et/ou thermo-mécaniques sévères. Dans un souci constant d’amélioration du processus de dimensionnement, l’Unité mène des recherches visant à modéliser les procédés d’élaboration des pièces et à rendre compte de leur impact sur la durée de vie. Les modélisations reposent sur un dialogue fort avec la mécanique expérimentale qui va de la caractérisation fine des mécanismes physiques jusqu’à la mise en œuvre d’essais technologiques multi-instrumentés dans un objectif de validation méthodologique sur structures.

Essais technologiques de fatigue avec gradient thermique de parois visant à valider les outils de modélisation (loi de comportement et modèle d’endommagement) développés pour estimer la durée de vie en service d’une aube de turbine haute pression

Essais technologiques de fatigue avec gradient thermique de parois visant
à valider les outils de modélisation (loi de comportement et modèle
d’endommagement) développés pour estimer la durée de vie en service
d’une aube de turbine haute pression

 

Unité Fonctionnalisation, Durabilité, Multi-Matériaux (FD2M)

Système barrière thermique pour aube de turbine (micrographie MEB et cartographie EBSD) Les travaux de l'unité FD2M sont destinés à améliorer, assembler, réparer, les systèmes matériaux métalliques déjà en service et à en développer de nouveaux par la maîtrise de fonctionnalisations qui conditionnent les performances et la durabilité en environnement aéronautique.

En privilégiant une approche thermodynamique et physicochimique le but est d'obtenir des systèmes multi-matériaux répondant aux exigences des futures générations d'aéronefs et de leur motorisation (barrières thermiques, revêtements protecteurs, matériaux architecturés notamment par fabrication additive).

Système barrière thermique pour aube de turbine (micrographie MEB et cartographie EBSD)

 

 

Matériaux Métalliques, Microstructures et Procédés (M3P)

Le périmètre de l'unité M3P est le développement des matériaux métalliques et intermétalliques. En particulier, l'unité étudie, avec le soutien de modèles thermodynamiques et cinétiques, les transformations de phase dans les alliages structuraux en vue de l'optimisation des procédés d'élaboration / transformation et de la définition de nouvelles compositions d'alliages pour de meilleures propriétés mécaniques d'emploi. A cette fin, l'unité bénéficie de moyens techniques propres importants en termes d'élaboration et de caractérisation des microstructures, qu'elle a pour responsabilité de partager, maintenir et développer de manière transverse à tout le département et plus généralement à tout l'ONERA.

a) Tour d'atomisation (EIGA / VIGA) pour la fabrication de poudres d'alliages métalliques. Crédit photo : ALD Vacuum Technologies GmbH b) Disque de turbine en superalliage base nickel N18 élaboré par métallurgie des poudres c) Microstructure associée

a) Tour d'atomisation (EIGA / VIGA) pour la fabrication de poudres d'alliages métalliques. Crédit photo : ALD Vacuum Technologies GmbH
b) Disque de turbine en superalliage base nickel N18 élaboré par métallurgie des poudres
c) Microstructure associée

 

Unité Modélisation et Simulation en Mécanique des Structures (MS2)

 L'unité Modélisation et Simulation en Mécanique des Structures (MS2) développe des algorithmes, des modèles mathématiques et des solutions de calcul innovantes pour les problématiques de mécanique des matériaux et structures. Son domaine d’activité recouvre les thématiques scientifiques suivantes : dynamique des structures, approche multi-échelles de la rupture, phénomènes stochastiques, optimisation, simulation numérique multi-physique, calcul haute performance, réduction de modèle, mathématiques appliquées, dialogue essais-calcul...

Simulation numérique d'une propagation de fissure, menée avec Z-set/Z-cracks, dans une chambre de combustion de moteur aéronautique sous chargement de fatigue thermo-mécanique
Simulation numérique d'une propagation de fissure, menée avec Z-set/Z-cracks, dans une chambre
de combustion de moteur aéronautique sous chargement de fatigue thermo-mécanique

 

Elaboration et Techniques de Contrôle des Composites (ETC2)

Les activités de l'unité ETC2 se répartissent suivant trois domaines de recherche, correspondant à (i) la conception et la mise au point de matériaux fonctionnels associés à des propriétés hors du commun (composites thermostructuraux et céramiques multifonctionnelles : eutectiques, ultraréfractaires, transparentes, …), (ii) à la simulation des procédés de fabrication de matériaux composites (surtout procédés à voie liquide comme le RTM ou l’infusion) et (iii) au développement de techniques de contrôle santé de matériaux et de structures intégré ou non dans le but de réduire les temps de maintenance ou les périodes d’inspection.

a. Détection de fissures dans des aubes de turbine par vibrothermographie ultrasonore et radiométrie photothermique « Flying Spot » b. Développement de procédés d’élaboration de composites à matrice céramique bas coûts pour les coiffes de missile c. Elaboration de monocristaux ZnGeP2 pour l’optique non-linéaire d. Suivi de l’endommagement de structures composites sous chargement mécanique, par thermographie IR e. Inspection non-destructive par vibrométrie Laser de radômes de Rafale en conditions opérationnelle
a. Détection de fissures dans des aubes de turbine par vibrothermographie ultrasonore et radiométrie photothermique « Flying Spot »
b. Développement de procédés d’élaboration de composites à matrice céramique bas coûts pour les coiffes de missile
c. Elaboration de monocristaux ZnGeP2 pour l’optique non-linéaire
d. Suivi de l’endommagement de structures composites sous chargement mécanique, par thermographie IR
e. Inspection non-destructive par vibrométrie Laser de radômes de Rafale en conditions opérationnelles

 

Modélisation et Caractérisation Mécaniques des Composites (MC2)

Les travaux de recherche de l'unité MC2 portent sur la proposition de lois de comportement, d'endommagement et de rupture spécifiquement développés pour les matériaux composites, tels que les stratifiés d'unidirectionnels ou les matériaux tissés 3D. Pour la compréhension fine des mécanismes de ruines, l'unité s'intéresse aux méthodes de caractérisation des matériaux composites exploitant les essais multi-instrumentés sur éprouvettes et sur structures et la mise en place d'outils de dialogue essais/calculs. Enfin, les activités de conception avancée de structures composites portent aussi bien sur l'optimisation de séquences d'empilement prenant en compte les contraintes de fabrication que sur l'optimisation topologique.

Prévision de la densité de fissuration à l'échelle mésoscopique au sein d'un composite tissé 2D Verre/Epoxy et validation expérimentale
Prévision de la densité de fissuration à l'échelle mésoscopique au sein d'un composite tissé 2D Verre/Epoxy et validation expérimentale

 

Conception et Résistance Dynamique (CRD)

Tour de crash: Puits de chute d'une hauteur de 15m permettant de tester des structures aéronautiques à l'échelle 1 Les activités de l'unité se décomposent en deux volets distincts :

  • Prévision numérique de la résistance au crash et à l'impact des structures aéronautiques avec le développement d'outils et de méthodes numériques et expérimentales visant à améliorer la simulation numérique de la résistance des structures aux sollicitations accidentelles. Ces outils et méthodes visent également à étudier le comportement dynamique des matériaux à hautes vitesses de déformation (modélisation des impacteurs de type glace, oiseau, pneumatique ...), et le couplage fluide-structure
  • Développement de nouveaux concepts de structures aéronautiques qui comprend d'une part, le développement d'outils numériques de prédiction de bilans de masse des structures pour évaluer dans des phases amont la pertinence et la faisabilité de nouveaux concepts d'aéronefs, et d'autre part le développement de solutions technologiques (matériaux et structures actifs)

Tour de crash: Puits de chute d'une hauteur de 15m permettant de tester des structures aéronautiques à l'échelle 1

 

 

Laboratoire d’Etude des Microstructures (LEM)

Le LEM, unité́ mixte de recherche CNRS-ONERA, conduit des études à caractère fondamental afin d'établir le lien entre les mécanismes physiques qui opèrent à petite échelle et les comportements macroscopiques des matériaux (microstructures hors d'équilibre, propriétés mécaniques, électroniques, optiques...). La démarche combine expériences (synthèse, microscopie électronique, diffraction X), développements théoriques et modélisations à différentes échelles (structure électronique, simulations à l'échelle atomique, méthodes des champs de phase, dynamique des dislocations).

Ces activités sont réparties sur deux thématiques :

  • Microstructures : morphologie, plasticité́ et transport
  • Matériaux carbonés et à base de nitrure de bore de basse dimensionnalité́

Le LEM veille également au renouvellement et à l'actualisation du parc de microscopes électroniques en transmission en fonction de l'évolution des besoins de l'ensemble des chercheurs en activité́ à l'ONERA.

Modélisations de microstructures : croissance d’un nanotube de carbone, superalliage base nickel, plasticité en front de fissure
Modélisations de microstructures : croissance d’un nanotube de carbone, superalliage base nickel, plasticité en front de fissure