Comportement nonlinéaire à multi-échelles de matériaux de couplage multi-physique

par Guoshun Qin

Projet de thèse en Ingénierie, mécanique et énergétique

Sous la direction de Yongjun He.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris , en partenariat avec IMSIA - Institut des Sciences de la Mécanique et Applications Industrielles (laboratoire) et de école nationale supérieure de techniques avancées (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Les matériaux de couplage multi-physiques sont sensibles à de multiples champs physiques (champ de température, champ de contrainte et champ magnétique), ce qui conduit à de nombreuses applications techniques potentielles telles que des actionneurs, des capteurs, des dispositifs de récupération d'énergie, etc. L'alliage à mémoire de forme ferromagnétique (FSMA) est un matériaux de couplage multi-physiques, pouvant obtenir des réponses de haute fréquence avec une contrainte importante de 6 à 10% par la transformation de phase induite par la température, les contraintes ou le champ magnétique et par la réorientation de la martensite induite par la magnéto-mécanique. Le couplage multi-physique conduit généralement à des comportements non linéaires (avec une macro-instabilité dans la plupart des cas), déclenchant la formation de divers domaines microscopiques. Les théories classiques n'expliquent le phénomène qu'avec les principes de minimisation d'énergie d'équilibre. Toutefois, dans des applications pratiques telles que les actionneurs de haute fréquence entraînés par un champ magnétique, il faut prendre en compte les conditions dépendantes de la vitesse et les conditions dynamiques non isothermes. L'objectif de cette recherche est d'étudier la cinétique des micro-interfaces, de construire un modèle dynamique dépendant de la vitesse macroscopique dans le champ de couplage magnéto-thermo-mécanique, et de révéler la relation entre la micro-cinétique et les comportements macroscopiques de la FSMA par des expériences et des méthodes théoriques.

  • Titre traduit

    Multi-scale nonlinear dynamics of multi-physics coupling material


  • Résumé

    Multi-physics coupling materials are sensitive to multiple physical fields (temperature field, stress field and magnetic field), leading to many potential engineering applications such as actuators, sensors, energy-harvesting devices, etc. Ferromagnetic Shape Memory Alloy (FSMA) is a typical multi-physics coupling materials, which can provide high-frequency responses with a large strain of 6–10% by temperature-, stress- or magnetic-field-induced phase transformation and magneto-mechanically-driven martensite reorientation.The strong multi-physics coupling generally lead to nonlinear behaviors (with macro-instability in most cases), triggering the formation of various microscopic domains. Classical theories explain the phenomena only with equilibrium energy minimization principles. However, in practical applications such as high-frequency magnetic-field-driven actuators, the rate-dependence and non-isothermal dynamic conditions need to be taken into account. The objective of this research is to study the micro-interface kinetics, build a macroscopic rate-dependent dynamic model in magneto-thermo-mechanical coupling field, and reveal the relation between the micro-kinetics and the macroscopic behaviors of FSMA by experiments and theoretical models.