A study on statistically random and periodic active composite materials

par Zahra Hooshmand Ahoor

Projet de thèse en Ingénierie, mécanique et énergétique

Sous la direction de Konstantinos Danas.

Thèses en préparation à l'Institut polytechnique de Paris , dans le cadre de École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris , en partenariat avec LMS - Laboratoire de Mécanique des Solides (laboratoire) depuis le 30-11-2019 .


  • Résumé

    Au cours des dernières années, les scientifiques ont intensifié leurs efforts pour obtenir de nouveaux matériaux composites aux propriétés extrêmes. Inspirés par les processus naturels et biologiques, les scientifiques ont proposé l'utilisation d'architectures hiérarchiques (assemblage de composants structurels) couvrant plusieurs échelles de longueur, allant du nanomètre au centimètre. En fonction des propriétés souhaitées du matériau composite, une optimisation est effectuée en ce qui concerne sa rigidité, son poids, sa densité, sa ténacité et d'autres propriétés. Dans le présent projet, l'intérêt est de concevoir et de réaliser des microarchitectures aléatoires mais également périodiques avec des distributions statistiques contrôlées utilisant des objets mathématiques simples non singuliers tels que des sphères, des ellipsoïdes et / ou d'autres polyèdres convexes ou non convexes, pouvant être connectés ou non. obtenir des propriétés mécaniques et couplées à la demande dans les régimes linéaire et non linéaire. Pour cela, il faut proposer une méthodologie théoriquement robuste et thermodynamiquement cohérente pour décrire la réponse électro-magnéto-mécanique à des déformations finies et des champs électriques et magnétiques appliqués. Dans la suite, l'équation de champ sera implémentée dans un code à éléments finis polyvalent permettant la simulation de matériaux composites actifs. Une deuxième partie du projet concerne l'étude des statistiques de la microstructure et de ses effets sur la réponse couplée globale. Cela nécessitera l'étude de l'effet des fonctions de corrélation à un et deux points ainsi que des statistiques de distribution d'accords sur la réponse linéaire et non linéaire des éléments de volume analysés (RVE).

  • Titre traduit

    Etude sur les matériaux composites actifs statistiquement aléatoires et périodiques


  • Résumé

    In recent years, there has been an increased effort by scientists to obtain new composite materials with extreme properties. Inspired by natural and biological processes, scientists have proposed the use of hierarchical architectures (i.e., assembly of structural components) spanning several length scales from nanometer to centimeter sizes. Depending each time on the desired properties of the composite material, optimization with respect to its stiffness, weight, density, toughness and other properties is carried out. In the present project, the interest is in designing and realizing random but also periodic microarchitectures with controlled statistical distributions using simple non-singular mathematical objects such as spheres, ellipsoids and/or other convex or non-convex polyhedra, which may be connected or disconnected to obtain on-demand mechanical and coupled properties in both the linear and nonlinear regime. For that to be achieved a theoretically robust and thermodynamically consistent methodology for describing the electro-magneto-mechanical response at finite strains and applied electric and magnetic fields needs to be proposed. In the sequel, the field equation will be implemented in a general-purpose finite element code allowing for the simulation of active composite materials. A second part of the project pertains to the study of the statistics of the microstructure and its effects upon the overall coupled response. This will require the study of the effect of one and two-point correlation functions as well as of chord-distribution statistics upon the linear and nonlinear response of the analyzed (RVEs) volume elements.