Description

Cette proposition de thèse s’inscrit dans un projet amont concernant l’amélioration des performances de blindages dits « bi-dureté » constitués d’une couche de céramique (en face avant) et d’une couche de composite (en face arrière dite de backing). La fonction principale de la couche céramique est de ralentir la progression du projectile impactant en dissipant de l’énergie par fragmentation [Rahbek 2017, Shokrieh 2008, Colar 2013, Colar 2015]. La fonction principale de la couche de backing est de retenir les fragments de céramique (critère de non-perforation) et de limiter l’enfoncement de la protection (critère d’enfoncement). Pour assembler ces deux matériaux, une colle est utilisée. Actuellement cette couche de colle n’est pas explicitement fonctionnalisée pour participer aux performances du blindage. Un des objectifs principaux de ce projet est de comprendre et modéliser la fonction de cette couche pour l’amélioration du blindage.

S’il est fondamental de comprendre les modes de fragmentation de la face avant sous l’impact ainsi que les modes de rupture du backing, il s’avère nécessaire de considérer l’influence de la résistance de la colle sur ces modes de ruptures. C’est en effet la résistance à la rupture de la colle qui permet au système d’avoir une rigidité en flexion suffisante limitant la déflection face arrière, et permettant de prévenir la perforation de la couche de « backing » par des fragments de céramique. La colle a aussi pour rôle le maintien de la couche de « backing ». Il est aussi probable et important d’analyser par un couplage EssaisCalculs afin de comprendre si la couche de colle peut participer à l’amélioration de la fragmentation de la couche de céramique. Un autre objectif de ce projet est donc de capitaliser les développements des modèles de comportement développés lors du précédent projet AID « tri-couches » [Essongue 2022] et de la thèse DGA/ISL de Tristan Camalet [Camalet 2020, Duplan 2020, Francart 2017], mais aussi des développent réalisés dans les laboratoires partenaires concernant le comportement des interfaces collées [Lopez Puente 2005, Lélias 2018, Jaillon 2019a 2019b, Planas 2024].

De plus, dans le développement de ces protections, la recherche de nouveaux matériaux et d’assemblages optimisés pour satisfaire au mieux les critères de protection (absorption d’énergie, non perforation du backing, poinçonnement du backing, réutilisation, protection multi-impacts, recyclabilité et environnement) est nécessaire. Dans ce cadre, deux partenaires identifiés (actuellement partenaire de l’ISAE-SUPAERO) Arkema pour les colles et Saint Gobain pour les matériaux de protection (en face avant et pour le backing) souhaitent participer au projet par la fourniture de matériaux colles (Arkema) ou de matériaux nouveaux (Saint Gobain). Ce dernier point constitue un objectif d’ouverture du projet concernant l’étude de nouveaux matériaux en face avant et de backing.

Les travaux de thèse s’inscrivent donc à la suite de ces activités de recherche dans le domaine (travaux réalisés à l’ISAE-SUPAERO/ICA en collaboration avec ICUBE et l’ISL depuis 2017 : thèse CAMALET/post-doc ESSONGUE) et s’intéressent plus particulièrement à l’influence de la rupture ou des propriétés de tenue de la colle sur la modification de fragmentation de la céramique et la déflexion/endommagement du backing. Les travaux de thèse s’inscrivent aussi dans une thématique concernant la modélisation à grande vitesse du comportement des matériaux et des structures composites assemblés collés (et/ou boulonnés).

 

 

Administratif :

Nous recherchons un(e) étudiant(e) ayant de solides bases en mécanique du solide, science des matériaux, simulation numérique et caractérisation mécanique (école d’ingénieurs, M2 ou équivalent).

 Date : Début octobre/novembre 2024

Durée : 3 ans

Rémunération : 2100€ net/mois (augmentation prévue en 2026 en accord avec la loi de programmation de la recherche) + vacation au sein de l’ISAE SUPAERO possible (100 à 200€ en plus /mois)

Localisation : Institut Clément Ader, ISAE-SUPAERO, Toulouse. Zone à régime restrictif (ZRR).

Contacts :

Envoyer un CV et lettre de motivation à :

frederic.lachaud@isae-supaero.fr

eric.paroissien@isae-supaero.fr

camille.gillet@insa-toulouse.fr

bahlouli@unistra.fr

yael.demarty@isl.eu

 

Sujet de thèse complet avec références : ici.

Compétences requises

Nous recherchons un(e) étudiant(e) ayant de solides bases en mécanique du solide, science des matériaux, simulation numérique et caractérisation mécanique (école d’ingénieurs, master 2 ou équivalent). Il/elle devra être capable de (1) concevoir des nouveaux bancs d'essais dans les laboratoires de l'équipe, et assurer son développement en coordination avec les membres de l'équipe, (2) réaliser des simulations et interpréter les résultats, (3) présenter ses résultats et rédiger des articles. Le ou la candidat(e) devra donc posséder (1) le goût pour le travail expérimental et numérique, (2) des qualités humaines et de management qui lui permettront de bien s'intégrer dans les différentes équipes, (3) des compétences rédactionnelles et de communication en anglais.

Bibliographie

[Colard 2013] Colard L, Kerisit C, Rusinek A, Azari Z and Daire P. Investigations on dual-hardness lightweight armor. Congrès Français de Mécanique 2013, Bordeaux, 26-30 Août 2013. [Colard 2015] Colard L, “Etude du comportement sous impact balistique d’un blindage multicouche à composantes carbure de bore et aluminium », thèse de doctorat, Université de Lorraine, 2015. [Camalet 2020] Tristan Camalet Caractérisation et modélisation du comportement dynamique des matériaux constituant une structure de protection céramique-composite Thèse de l’Université de Strasbourg, 2020. [Chen 2015] Chen C., Michel L., Lachaud F., Espinosa C..Simulation d’impact de composites stratifiés et effets de l’environnement.19ème Journées Nationales sur les composites, Lyon 28-30 Juin 2015. [DaSilva, 2009] LFM DA SILVA, PJC DAS NEVES, RD ADAMS, and JK SPELT. Analytical models of adhesively bonded joints-Part I: Literature survey. Int J Adhesion Adhesives. 29, pp. 319-330. 2009 [Denoual 2000] C. Denoual, F. Hild. damage model for the dynamic fragmentation of brittle. Solids. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. 183 (2000) 247-258 [Duplan 2020]. Duplan Yannick Caractérisation expérimentale et modélisation des propriétés de rupture et de fragmentation dynamiques d'un noyau de munition et de céramiques à blindage. These de l’Université de Grenoble-Alpes, 2020 [Espinosa 2013] Christine Espinosa, Cheng Chen, Frédéric Lachaud, Laurent Michel, Miriam RuizAyuso. Inner damage and external dent in composite structures after impact – Part II : numerical modelling. International Conference on Fracture and Damage Mechanics, Italy 2013. [Essongue 2022] Simon Essongue. Influence de la tenue à rupture de la couche de colle sur la performance d’un système céramique-colle-composite. Rapport d’avancement AID Projet « Tri-Couches », ISAE-SUPAERO 2022 [Forquin 2019] P. Forquin, M. Blasonea, D. Georges, M. Dargaud, E. Ando. 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Mots clés

Fragmentation, endommagement, rupture, céramique, composite, collage, dynamique rapide, choc, impact, méthode numérique, banc d’essais de Hopkinson, canon hypervitesse.