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M2 Recherche en Génie Mécanique
Co-Habilité :
Université Paul Sabatier
INSA Toulouse
ISAE
EMAC Albi
ENI Tarbes
Etablissements Associés :
ICAM Toulouse
Université Polytechnique de Bucarest
Responsable de la mention :
Bruno Castanié - Professeur INSAT
Tel : 05 61 55 92 65
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M2R Génie Mécanique
1. Objectifs scientifiques et professionnels de la spécialité.
L’objectif de cette formation est, en s’appuyant sur l’institut Clément Ader qui regroupe les recherches en génie mécanique de l’UPS, l’ INSAT, l’ISAE, et l’ENSTIMAC, le laboratoire LGP de Tarbes , le CIRIMAT au niveau des polymères, le CEMES au niveau matériau, l’IMFT au niveau du couplage fluide structure et du laboratoire Phase au niveau CND de donner aux étudiants les connaissances nécessaires pour pouvoir développer des recherches de haut niveau dans le domaine du génie mécanique. La formation s’adressant à des étudiants provenant de M1 très différents il est laissé un choix important de modules pour que chaque étudiant puisse, en fonction de son cursus initial et en liaison avec les responsables de la formation, choisir les matières les plus appropriées à son projet professionnel. Les enseignements dispensés s’appuient sur les expériences des enseignants dans leur domaine de recherches et offrent une formation scientifique de haut niveau ainsi qu’une vision de domaines en fortes évolutions.
2. Organisation en termes d’UE et de crédits européens.
La formation est structurée de la manière suivante :
SEMESTRE 1 SEMESTRE 2
TRONC COMMUN ECTS
SEMINAIRES
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
6ECTS
STAGES 24 ECTS
Structures composites, Polymères 4.5
Mécanique de la rupture, plasticité 4.5
Dynamique des structures, Aéroélasticité 4.5
Photomécanique, CND 4.5 COURS OPTIONNELS Cours 1 3 Cours 2 3 Cours 3 3 LANGUE : 3
LISTE DES COURS OPTIONNELS classés par établissement. Ces cours appartiennent à des formations existantes.
ICAM ENIT
Comportement non linéaire des structures métalliques Grandes transformations thermomécaniques Modélisation de film polymères minces, applications aux
structures gonflables
Techniques expérimentales et numériques Rupture des matériaux et analyses expérimentales Fiabilité en mécanique
ISAE ENSTIMAC
Dynamique des structures aéronautiques et spatiales (Ensica)
Méthodes numériques au service de la conception
Thermoélasticité (Ensica) Modélisation et comportement des matériaux
Matériaux structuraux aéronautiques et spatiaux (supaéro)
Photomécanique Simulation numérique et dynamique transitoire non
linéaire (ensica)
Simulation numérique de la mise en forme des polymères
Structures des aéronefs (supaéro) UPS
Structures des satellites (supaéro) Non linéaire (EF non linéaire)
INSA Impact (Théorie de l’impact)
Modélisation et simulation systèmes Dynamique de l’usinage (UGV + Composites) Conception optimale des systèmes mécaniques CFAO surfacique (FAO surf + stratégie d’usinage) Vibration des structures industrielles
3. Descriptif des UE, des modalités pédagogiques (CM, TD, TP, projet, stages, etc.) et des intervenants.
Tous les étudiants suivent obligatoirement les enseignements fondamentaux, dits cours de Tronc Commun (96h), chacun de poids égal à 4.5 crédits ECTS.
Les cours du tronc commun sont programmés le jeudi après midi ou le soir après 17h pour permettre aux élèves ingénieurs de les suivre car ces enseignements sont spécifiques à cette formation et n’appartiennent à aucun cursus existant dans les différents établissements car ils abordent les problèmes traités sous un regard très orienté recherche.
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Matériaux composites, polymères :
Comportement rhéologique des matériaux base polymère.
• Architecture des polymères et structure Physique • Comportement rhéologique dépendant du temps
• Comportement dynamique en fonction de la fréquence et de la température • Interprétation à l’échelle moléculaire
Modèle Analytique de Structure Composite Multicouche.
• Introduction aux lois de comportement des matériaux composites • Approche monocouche équivalente (couche équivalente)
• La théorie classique, La théorie naturelle, Les théories d’ordre supérieur (modèles raffinés) • Approche continuité aux interfaces (couches discrètes)
• Approche développement asymptotique, Approche tridimensionnelle • Conclusion, Références
Endommagement des structures composites stratifiées.
• Approches multi-niveau/ Multi échelles • Phénoménologies
• Stratégies de modélisation • Endommagement des structures
Structures Sandwichs.
• Technologies • Calcul linéaire
• Flambements globaux et locaux • Comportements non linéaires • Inserts
• Impact.
Mécanique de la rupture, plasticité :
• Liaisons inter-atomiques et module d'élasticité.
• Les comportements élastique et plastique (à froid et à chaud). • Fondement de la plasticité et théorie de dislocations.
• Ecrouissage et ou adoucissement mécanismes fondamentaux. • Rupture fragile et ductile.
• Transition et la température de transition ductile-fragile. • Théorie de rupture de Griffith, Orowan, Irwin, Rice. • Rupture des matériaux parfaits.
• Notion des défauts dans des matériaux usuels et/ou industriels. • Mécanique linéaire de la rupture et la singularité de contraintes. • Le facteur d’intensité de contrainte et champs élasto-plastique. • Ténacité et le facteur d’intensité de contrainte critique.
• Le taux de libération d’énergie et l'émoussement de la tête de fissure comme critères de rupture des matériaux ductiles.
• Détermination de la ténacité et les conditions requises de sa validité. • Intégrale de contour de Rice (J).
• Application de la facteur d'intensité de contrainte en prorogation de fissure.
Dynamique des structures, Aéroélasticité :
Dynamique modale des structures• Systèmes Dynamiques Discrets • Rappel sur les Équation de Lagrange • Modélisations de la Dissipation
• Décomposition Modale et Pseudo-Modale
Modes Dynamique des Structures Minces
• Rappel sur les équations des Poutres - Modes et Ondes • Irréversibilités et Amortissement dans les Plaques Orthotropes • Modèles Linéaires et Quadratiques des Coques Gauches • Équations Thermodynamiques des Coques Linéaires.
Aéroélasticité : physique et modélisation
• Cet enseignement a comme objectif de fournir les éléments nécessaires pour la compréhension physique des mécanismes qui gouvernent l’amplification d’instabilité fluide-élastique dans des écoulements autour de
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surfaces portantes. Les régimes à nombre de Reynolds et de Mach élevés seront notamment considérés, en ce qui concerne l’interaction aime-fuselage.
Cet enseignement proposera la modélisation des mécanismes physiques qui gouvernent les échanges énergétiques proche-paroi en aéroélasticité, pour la prédiction des charges instationnaires, importante pour le ‘design’. Des surfaces portantes en mouvement, rigides ou déformables sont considérées.
La prise en compte de la déformation de la structure dans le système des équations de la partie fluide sera effectuée par diverses approches de couplage, incluant l’analyse modale et des couplages forts.
La prise en compte de la turbulence proche-paroi et de son impact sur les mécanismes de l’aéroélasticité sera analysée et modélisée, à l’aide d’approches capables de capter les instationnarités en aéroélasticité, dans le contexte d’élaboration de méthodes de prédiction de « Haute-Fidélité – Hi-Fi ».
Des approches d’atténuation des modes et de contrôle des instabilités aéroélastiques seront étudiées. L’approche de modélisation d’ordre réduit, ROM, appliquée au système aéroélastique avec surfaces portantes mobiles ou déformables sera enseignée, à cause de l’intérêt de cette approche en termes de gain de temps pour le ‘design’, afin de la substituer à l’approche Hi-Fi encore coûteuse, compte tenu des développements de recherche récents pour le secteur aval.
Dynamique non linéaire avancée : Application aux systèmes mécaniques à coefficients périodiques. L’objectif premier de cet enseignement est de présenter les bases et la méthodologie pour l’étude du
comportement dynamique des systèmes mécaniques modélisés par des équations comportant des termes non-linéaires et périodiques (Mathieu-Hill). Il s’agit, à terme de maîtriser le comportement dynamique des systèmes en fonction des paramètres pertinents identifiés. Cet enseignement s’appuie sur des applications basées sur les travaux de recherche (systèmes discrets et continus) et qui sont présentées avec la mise en œuvre des méthodes à l’aide du calcul formel.
• Rappels, phénomènes de base.
Rappels sur les outils utilisés pour la mise en équations (Lagrange/Hamilton). Prise en comptes des non-linéarités et choix des paramètres pertinents dans la modélisation.
• Introduction sur les méthodes de perturbations.
Les fondements des méthodes de perturbations directes et de Lindstedt-Poincaré sont brièvement présentés. L’accent est mis sur la méthode des échelles multiples (Multiple Scales in Time) pour les systèmes autonomes et non-autonomes (résonances internes et externes). Une présentation de la méthode des formes normales et de la balance harmonique est proposée.
• Systèmes à coefficient périodiques
Les systèmes régis par de telles équations peuvent présenter des instabilités paramétriques de différents types (résonances paramétriques principale et secondaire, instabilités combinées ; additives et/ou soustractives, ...). Des cartes d’instabilités (diagrammes de Strudt) sont obtenues en fonctions des paramètres de contrôle (fréquence, sollicitations, amortissements,
Photomécanique, CND
Photomécanique:• Intérêt des méthodes optiques pour l'étude du comportement des matériaux et des structures • Mesure de champs cinématiques 2D par corrélation d'images
• Mesure de champs cinématiques 3D par stéréo-corrélation d'images • Mesure de champs thermiques par thermographie IR
• Autres méthodes optiques (photoélasticimétrie, méthodes de Moiré, méthodes interférométriques) • Identification de lois de comportement à partir de mesures de champs
CND :
Les méthodes modernes de Contrôle Non Destructif (CND) par méthodes acoustiques (émission acoustique, tomographie acoustique et imagerie acoustique de défauts), nécessitent des connaissances qui évoluent rapidement .Si les bases sont ancrées dans la propagation d'ondes élastiques dans les solides, il est devenu impératif de maîtriser non seulement la propagation des ondes de volumes (compression et cisaillement) mais également celle des nombreuses ondes guidées (Rayleigh, Lamb...) dont les caractéristiques ont permis de repousser largement les limites du CND et permettent aujourd'hui une modélisation poussée tout autant que l'usage d'outils techniques performants. Le module suivra le schéma suivant:
• Rappel de l'équation d'onde tensorielle en milieu solide.
• Solutions planes et sphériques, notions de champs proches et lointains, prise en compte de l'atténuation intrinsèque aux matériaux.
• Rappels des modes de propagation (volumes, guidés)
• Les outils du CND par ultrasons (capteurs, notions de Ascan Bscan Cscan) • L'émission acoustique
• la tomographie acoustique • l'imagerie
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• la modélisation associée à la mesure (exemple de Multi2000) • la focalisation adaptative
• la formation de faisceau • le retournement temporel
L'ensemble CND Photomécanique sera illustré d'exemples récents et une initiation à l'utilisation des outils récents tant en modélisation qu'en expérimentation sera proposée.
• Matériaux Composites et Polymères: Professeurs : B Castanié (ICA) , M Karama (LGP), , MCF : E Dantras
(CIRIMAT)
• Mécanique de la rupture, plasticité : Professeurs : Armand Coujou (CEMES) ,F Rezai-Aria (ICA) • Dynamique, Aéroélasticité: Professeurs : A Berlioz (ICA),Y Gourinat (ICA), CNRS : M Braza(IMFT) • Photomécanique CND : Professeurs : JJ Orteu (ICA),V Gibiat (PHASE), MCF :JN Périé (ICA), Y Le Maoult
(ICA)
Pour les enseignements optionnels :
Comportement non linéaire des structures métalliques
L’objet de ce module est d’étudier les différentes sources de non linéarité et leur traitement, pour des problèmes quasi-statiques, des lors que l’on quitte l’hypothèse des petites déformations élastiques. On s’intéressera en particulier aux liaisons dans les structures aéronautiques (éclisses, cornières…).
Conception des structures aéronautiques et spatiales
.
Ce module est un complément au module sur les matériaux composites du tronc commun dans le but d’amener les étudiants à un niveau leur permettant de calculer une structure réelle composite de véhicule aérospatial.
Modélisation et simulation systèmes
Cet enseignement a pour objectif de doter les étudiants de compétences en modélisation globale des systèmes à transfert d’énergie avec une attention particulière aux systèmes mécaniques..
Dimensionnement en thermomécanique
Ce module a pour objectif de permettre aux élèves de prendre en compte des aspects thermiques dans la résolution des problèmes de mécanique dans le cas du comportement thermoélastique linéaire d’une part, mais aussi de prendre en compte l’influence de la température dans la tenue en service des matériaux.
Impact L’objectif de ce module est de donner aux étudiants les notions essentielles pour modéliser par éléments finis un problème d’impact ou de crash.
Non linéaire
L’objectif de ce module est de donner aux étudiants les notions essentielles pour résoudre un problème non-linéaire géométrique ou matériau en utilisant la méthode des éléments finis.
Fiabilité en mécanique
Ce cours vise à introduire quelques éléments de réflexion sur le risque en dimensionnement mécanique ou, plus exactement, sur l’estimation de la probabilité d’occurrence d’un événement redouté.
Grandes transformations thermomécaniques rapides
Le module vise à analyser les méthodes et outils pour la modélisation des phénomènes induisant grandes vitesses de déformation, grandes déformations et fortes élévations de température, dans un contexte d’amélioration des procédés de fabrication (coupe) ou de conception (freinage).
Matériaux structuraux aéronautiques et spatiaux
Le but de cet enseignement est de fournir les connaissances de base sur la constitution et le comportement des matériaux (métaux, céramiques, polymères): approches physiques, thermodynamique.
Méthodes numériques au service de la conception
L’objectif de ce module est de sensibiliser les étudiants sur un certain nombre de méthodes qui permettent au concepteur en mécanique de traiter certain problèmes non linéaires.
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Modélisation de film polymères minces, applications aux structures gonflables
Le calcul de structures souples (aérostats, structures spatiales déployables) pose des difficultés de modélisation particulières. L’objet de ce module est d’aborder le calcul non linéaire des structures à travers les problèmes spécifiques aux structures souples (lois de comportement, grands déplacements, chargement…).
Modélisation et
comportement des matériaux
L’objectif est de présenter les notions de base nécessaires pour modéliser le comportement des matériaux dans leurs conditions d’utilisation.
Conception optimale des systèmes mécaniques
Principes de la conception optimale. Illustration par divers exemples dans le domaine du génie mécanique. Les méthodes d'optimisation déterministes. Critères d'optimalité. Problème sans contraintes: algorithmes de descente du premier ordre et du second ordre. Problèmes avec contraintes non linéaires: les méthodes directes et duales. Les méthodes d'optimisation stochastiques: méthode de Monte Carlo, algorithmes génétiques Optimisation couplée au calcul des structures par éléments finis. Optimisation de forme.
Photomécanique
Donner les fondements et les principales caractéristiques des méthodes optiques permettant la mesure sans contact de déformations pour l'étude du comportement des matériaux et des structures. Des exemples concrets d'applications industrielles ou de laboratoire illustreront les méthodes présentées.
Plan d’expériences
L’objectif est de montrer aux élèves qu' un travail expérimental bien conduit en recherche ou en développement industriel nécessite une réflexion préalable sur la méthode employée. Donner des outils pour améliorer le rendement: diminuer le nombre d'expériences tout en augmentant le savoir retiré: variations des facteurs influents, interactions des facteurs, optimisation
Dynamique de l’usinage
L'objectif de ce module est de donner aux étudiants les notions essentielles à la maîtrise de la qualité d'usinage par la maîtrise des défauts d'usinage. L'apprentissage de ces notions s'appuie sur l'acquisition des outils permettant d'identifier, de caractériser et de corriger ces défauts.
Rupture des matériaux et analyses
expérimentales
L’objectif de ce module est de connaître les modes de rupture généraux des matériaux cristallisés afin de pouvoir, par expertise d’un faciès de rupture, comprendre l’origine et le mode de propagation de la rupture.
Simulation numérique de la mise en forme des polymères
Cet enseignement a pour objet de définir et illustrer les méthodes de modélisation numériques utilisées pour la mise en forme des polymères.
Simulation numérique et dynamique transitoire non linéaire
Appréhender les problèmes et les outils de résolution mis en œuvre dans des simulations numériques des phénomènes en dynamique non linéaire : crash, impacts.
Structures des aéronefs
.Cet enseignement est consacré à l’étude du dimensionnement des structures avions. Il aborde les méthodologies utiles en phase de conception et de certification des éléments minces et de leurs assemblages..
Structures des satellites et des lanceurs
Le but de ce module est de présenter des notions sur les structures des satellites et des lanceurs ainsi que les méthodes utilisées pour le dimensionnement de ces structures. Il aborde également les spécificités technologiques du domaine spatial.
Techniques expérimentales et numériques
Cet enseignement a pour objet de mettre en évidence l’apport des nouvelles techniques expérimentales pour l’identification des comportements mécaniques de structures métalliques ou plastiques/composites et le recalage de modèles (numériques et expérimentaux).
CFAO surfacique
L'objectif de ce module est de sensibiliser les étudiants aux problèmes spécifiquement liés à l'usinage des surfaces gauches tels que l'optimisation de la stratégie d'usinage ou du posage de la pièce.
Vibrations des structures
