Caractérisation multiphysique de matériaux actifs pour applications automobiles

par Valentin Segouin

Projet de thèse en Génie électrique

Sous la direction de Laurent Daniel et de Yves Bernard.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Génie électrique et électronique de Paris (laboratoire) et de CentraleSupélec (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2015 .


  • Résumé

    L'utilisation des matériaux actifs (matériaux piézoélectriques, magnétostrictifs, alliages à mémoire de forme) se développe dans le domaine de l'automobile. L'utilisation de ces matériaux dans les systèmes mécatroniques permet de développer des systèmes compacts et performants, et limite les problèmes de compatibilité électromagnétique. Cependant le comportement de ces matériaux est encore insuffisamment maîtrisé, en particulier en raison de son caractère intrinsèquement multiphysique. Il est nécessaire de développer des outils de modélisation avancée permettant de décrire cette spécificité. La durabilité de ces matériaux pour un usage à grand nombre de cycles est également un sujet d'importance pour les applications automobiles. La thèse de doctorat proposée vise à mettre en place un banc de caractérisation multiphysique dédié aux matériaux actifs, sur la base de la plateforme expérimentale disponible au GeePs. Dans un premier temps, le travail se concentrera sur le comportement électro-mécanique de céramiques piézoélectriques. Un dispositif de mesure des déformations par corrélation d'images sera mis en œuvre pour caractériser la réponse de ces matériaux sous sollicitations électriques et mécaniques simultanées. On s'intéressera au comportement quasi-statique mais également au comportement en fatigue. Ces mesures serviront de base pour développer et identifier les lois de comportement nécessaires au dimensionnement de dispositifs mécatroniques basés sur l'utilisation de matériaux actifs. Dans un second temps, la caractérisation de l'effet de la température sur le comportement électro-mécanique sera abordé. Les approches de modélisation seront développées en parallèle du travail expérimental pour proposer des lois de comportement fiables et robustes. On s'appuiera pour cela sur la démarche multi-échelle mise en œuvre depuis plusieurs années au GeePs mais aussi sur des approches macroscopiques plus classiques.

  • Titre traduit

    Full field characterisation of strains in smart materials


  • Résumé

    Today, smart materials like piezoelectric, magnetostrictive or shape-memory alloy are frequently used for various applications such as transduction, sensors and actuators. These devices may operate under harsh environmental conditions such as high temprerature, high pressure, external DC field or mechanical residual stress. These loading conditions significantly modify properties of the materials through a shift of material properties from their stress-free values. Actually, designers of smart device often deals with difficulties on the basis of empirical considerations. Characterisation of nonlinear behaviours of smart materials in combined (electrical, mechanical, uncer various temperature) loading conditions is a real challenge because the test are often heterogeneous. In this context, Digital Image Correlation (DIC) that give information on full field of strains is a great tool to qualify the heterogeneity of the test and to evaluate behavious of material with a good accuracy whatever its dimensions. Consequently, accurate experimental characterization tool is of prime importance to determine constitutive laws of these materials that are required to design smart material devices. The first objective is to develop the actual experimental test bench, designed for the study of magnetostrictive materials under mechanical loading, to the characterization of piezoelectric material properties: control of high electric field application, evaluation of dielectric and piezoelectric properties, and measurement of full field strains characterization by Digital Image Correlation under mechanical and electrical loading. In addition, the bench test will be adapted to take into account to various conditions of temperature. Using observed evolution laws, coupled constitutive laws will be identified. The second objective is to study the evolution laws of electroactive polymers: experimental characterization and coupled evolution laws identification under various loading conditions.