Effet de la méso-architecture sur le comportement en fatigue des structures lattices optimisées obtenues par fabrication additive

Microstructure effect on the fatigue behavior of optimized porousstructures obtained by additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Khalil Refai
• Direction : Nicolas Saintier, Marco Montemurro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 13/07/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Carole Nadot-Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Saintier, Marco Montemurro, Joseph Morlier, Yves Nadot, Charles Brugger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joseph Morlier, Yves Nadot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Matériaux -- Fatigue

Structure cellulaire (physique)

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication additive

Optimisation Topologique

Structures cellulaires

Fatigue multiaxial à grand nombre de cycles

Théorie des valeurs extrêmes

NURBS

Additive manufacturing

Cellular structures

High-cycle multiaxial fatigue

Extreme Value Theory

Topology Optimisation

NURBS

Résumé

Une approche numérique est proposée pour évaluer la résistance en fatigue à grand nombre de cycles des structures cellulaires périodiques produites par SLM sous des chargements multiaxiaux. Le modèle est basé sur un schéma général d'homogénéisation numérique et une description explicite de la cellule élémentaire combinée à une analyse des valeurs extrêmes utilisant un paramètre indicateur de fatigue basé sur le critère de Crossland. De plus, l'écart géométrique et la rugosité de surface sont caractérisés expérimentalement et prisent en compte dans le modèle numérique en utilisant trois méthodes qui sont comparées à la résistance en fatigue expérimentale. L'optimisation topologique (OT) repousse encore plus loin les limites de la liberté de conception. Dans notre étude, l'OT a été développée pour prévenir les défaillances dues à la fatigue en utilisant la méthode SIMP reformulée dans le cadre mathématique des fonctions NURBS (Non-Uniform Rational BSpline).

A numerical approach is proposed to assess the high cycle fatigue strength of periodic cellular structures produced by SLM under multiaxial loads. The model is based on a general numerical homogenisation scheme and an explicit description of the Elementary Cell combined to an extreme values analysis making use of a fatigue indicator parameter based on Crossland’s criterion. Also, geometric discrepancy and surface roughness are experimentally characterised and considered in the numerical model using three methods which are compared to the experimental fatigue strength. Topology optimisation (TO) pushes the boundaries of design freedom even further. In our study, Topology Optimisation was developed to prevent fatigue failure using SIMP method revisited and reformulated within the mathematical framework of Non-Uniform Rational BSpline functions.