Stage - Modélisation Thermomécanique du Frittage Lien Pressage- Frittage H/F CEA

Vous serez accueilli·e au sein de l'IRESNE, institut de la DES, où vous intégrerez l'équipe du laboratoire et participerez pleinement à ses activités.

Contexte scientifique :
Le frittage des matériaux céramiques est une étape clé dans nombre de processus industriels car caractéristiques microstructurales du combustible et son comportement en réacteur dépendent de cette étape.

L'étape de frittage des combustibles consiste en un traitement thermique en phase solide sous pression partielle contrôlée d'oxygène permettant de consolider et densifier le matériau, et de faire grossir les grains de la céramique. La taille de grain et la densification évoluent suivant les caractéristiques thermochimiques imposées par le four de frittage. Si le compact (poudre comprimée par pressage avant le frittage) admet de fortes hétérogénéités de densité, une différence de densification dans la pastille peut avoir lieu entraînant un retrait différentiel et potentiellement l'apparition de défauts (fissures et éclats).
Le but du stage est d'étudier, via des simulations numériques, l'impact du pressage sur le comportement thermomécanique de la pastille lors du frittage. Le stage reposera sur des simulations éléments finis thermomécanique en grande transformation.

Pour ce faire l'étudiant devra :
1) Prendre en main les simulations de densification sur le code de calcul LICOS de la plateforme logicielle « PLEIADES » [1]. Le modèle de densification repose sur une modélisation thermomécanique en grandes transformations du frittage dont la loi de comportement est une loi viscoplastique poreuse dont les paramètres évoluent avec la densification [2].

2) Etudier de l'impact d'une densité hétérogènes du compact sur le comportement au frittage.

3) Mettre en place en place un chainage avec la modélisation élastoplastique poreuse du pressage [3] afin d'étudier l'impact des contraintes résiduelles.

4) Suivant l'avancement du stage, il pourrait être étudié le couplage entre le modèle thermomécanique et un modèle de transport chimique afin de prendre en compte l'impact de l'atmosphère sur la cinétique de densification. La mise en place d'un modèle thermo-chemo-mécanique sera le coeur du sujet de la thèse poursuivant ces travaux de stage.

Références
[1] T. Helfer, S. Bejaoui et B. Michel, « Licos, a fuel performance code for innovative fuel elements or experimental devices design». Nuclear Engineering and Design, 294:117-136, 2015.
[2] C. Manière, T. Grippi, and S. Marinel, « Estimate microstructure development from sintering shrinkage : A kinetic field approach ». Materials Today Communications, 31 :103269. (2022).
[3] J.-Ph. Bayle, V. Reynaud, F. Gobin, C. Brenneis, E. Tronche, C. Ferry and V. Royet.. «Modelling of powder die compaction for press cycle optimization». EPJ N - Nuclear Sciences & Technologies, EDP Sciences, 2, 25, 2016.