Offre de thèse "Simulation multi-échelle du soudage laser"

Contexte

Les progrès incessants des technologies laser ont amplifié l’intérêt du soudage pour l’assemblage des pièces métalliques. Les sources laser actuelles permettent une grande variété dans le choix des longueurs d’onde et des distributions énergétiques afin de garantir des soudures de qualité. Néanmoins, la grande diversité des paramètres complexifie la recherche des conditions opératoires optimales pour éviter l’apparition de certains défauts. L’objectif de cette thèse est de développer une approche numérique multi-échelle afin de prédire à l’échelle mésoscopique la formation de défauts induits par les instabilités du bain liquide (porosités) et à l’échelle de la pièce les défauts liés aux contraintes et déformations. Cette approche numérique reposera sur l’utilisation de modèles multiphysiques permettant de comprendre les conditions opératoires minimisant les défauts et ainsi permettra de réduire le nombre de tests expérimentaux pour définir les paramètres optimaux. Une réflexion sera également menée pour proposer un outil numérique convivial couplant ces approches multi-échelles et multiphysiques au sein d’un même logiciel pour une utilisation industrielle facilitée.

Moyens

Les développements numériques se baseront sur les travaux précédents réalisés au sein de l’IRDL (modèle thermohydrodynamique de soudage laser) et d’IREPA LASER (modèle thermomécanique en fabrication additive) avec le logiciel COMSOL Multiphysics®. Il s’agira de comprendre le comportement du bain de fusion en fonction des différents paramètres opératoires : distribution énergétique (gaussienne, top hat, annulaire, …), oscillation du faisceau (amplitude, fréquence). Différentes configurations de soudage pourront être étudiées (bord à bord, transparence), ainsi que des cas de soudage hétérogène. Cette étude visera à identifier les conditions opératoires minimisant les instabilités du bain (humping, porosité). Le calcul du champ de température à l’échelle du bain (méso) servira de données d’entrée d’un modèle macroscopique thermomécanique pour prédire les distorsions et contraintes sans avoir recours à des étapes de calibration de sources. En parallèle, des campagnes d’essais seront menées en vue de valider le côté prédictif des modèles. La mesure des propriétés matériaux sera également envisagée pour obtenir des modèles fiables.

Déroulement de la thèse CIFRE et localisation

Cette thèse CIFRE débutera au sein du laboratoire IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme) à Lorient rattaché à l’Université Bretagne Sud pour les développements des modèles, et la mesure de données matériaux nécessaires aux modèles. La thèse se poursuivra à IREPA LASER près de Strasbourg, pour mener des campagnes d’essais et valider le modèle à l’aide de maquettes instrumentées.

Compétences requises

Vous êtes issu(e) de formation de type ingénieur généraliste ou équivalent universitaire avec une spécialisation en mécanique, thermique. Vous avez des compétences en simulation numérique par éléments finis idéalement sous COMSOL Multiphysics. Une connaissance des procédés de soudage ou fabrication additive métallique serait un plus. Vous êtes autonome et curieux/se. Vous avez une aptitude à vous intégrer dans une équipe et une capacité de dialogue. Vous maîtrisez l’anglais.