Suffit-il d’ajouter des pertes pour réduire le bruit ?

Application aux réacteurs d’avion.

 

Vincent Pagneux

 

Cours MEC556

 

Le bruit des réacteurs d’avion est une nuisance importante pour les riverains et les législations le concernant sont de plus en plus contraignantes. Afin de réduire ce bruit, le but des fabricants de nacelles est de tapisser les réacteurs de matériaux absorbants bien répartis.

A partir d’une étude bibliographique et numérique, et de l’étude des propriétés algébriques des fréquences propres et des modes propres d’un système d’oscillateurs couples avec pertes, il s’agira de comprendre comment choisir le matériau absorbant et sa répartition pour obtenir la meilleure atténuation du bruit possible.

 

 

Dynamique d'un connecteur sous-marin

(Start'up FORSSEA)

 

Emmanuel de Langre

 

Cours MEC556 (Ondes et vibrations) ou MEC561 (Fluid-Structure interactions)

 

FORSSEA est une start’up accélérée à l’école Polytechnique. Elle développe un connecteur robotisé sous-marin capable de guider un câble vers une cible immergée afin de lui apporter énergie et communication. [Gautier DREYFUS, X2010, gdreyfus@forssea-robotics.fr].

Le but du projet est d'optimiser la longueur de la partie souple du connecteur, en fonction des mouvements du navire en surface.

 

 

Déformation des grandes cages de pisciculture en  mer

 

Emmanuel de Langre

 

Cours  MEC561 (Fluid-Structure interactions)

 

Les cages de pisciculture en mer, faites de filets,  sont des structures flexibles de grande taille (plusieurs dizaines de mètres) qui  peuvent se déformer avec le courant ou les vagues. Ces déformations posent plusieurs problèmes pour les poissons contenus, et pour la tenue de la cage. Le  but du projet est d'analyser les différentes méthodes existantes pour prévoir la déformation, de réaliser des calculs simples  à comparer avec les expériences sur modèle réduit, et d'imaginer des solutions simples.

 

 

Installation sur la formation des rides et des dunes avec une géométrie annulaire en rotation alternée.

 

Jean-Marc Chomaz

 

MEC567 Hydrodynamique physique pour l’environnement

 

Installation sur la formation des rides et des dunes avec une géométrie annulaire en rotation alternée (point de départ: l'étude expérimentale réalisée lors du postdoc Alexandre Stegner).

 

 

Installation "Moving mind" sur la nage

 

Jean-Marc Chomaz

 

MEC567 Hydrodynamique physique pour l’environnement

 

 

 

Installation "Moving mind" sur la nage (thése de Caroline Cohen) avec la détermination des formes et matière des nageurs et de leur mouvement.

 

 

 

Propulsions en Aviron

Christophe Clanet

MEC560 Propulsion

 

 

 

Déplacement d’un blob d’huile en milieu poreux

 

Yannick Peysson

 

MEC567 Hydro pour l'environnement

 

 

 

La mobilisation du pétrole résiduel dans les gisements pétroliers constitue la base des techniques de récupération assistée. Contrairement à la production pétrolière classique où la phase huile est continue et connectée dans le milieu poreux, une fois la saturation résiduelle atteinte, l’huile se présente sous la forme d’un ensemble d’amas disjoints (les blobs) dans le gisement.  

 

Dans ce projet, nous réaliserons un montage expérimental permettant de suivre par analyse d’image le déplacement d’un blob unique d’huile injecté dans un milieu poreux transparent balayé par de l’eau. Nous nous intéresserons à la dynamique de déplacement de l’huile en fonction des paramètres du système.

 

 

 

Sédimentation à bas nombre de Reynolds

 

Camille Duprat & Antoine Sellier

 

Cours MEC564

 

L’étude de la sédimentation d’objets de forme complexe à bas nombre de Reynolds trouve de nombreuses applications, de la sédimentation de suspensions à la nage de micro-organismes. La trajectoire de ces micro-objets est affectée par leur forme (des objets non symétriques se réorientent), ainsi que par des interactions entre particules ou avec une paroi. L’objet de ce projet est d’étudier la sédimentation d’objets de formes variées, dans un premier temps expérimentalement (en P1), puis de rationaliser les résultats expérimentaux, théoriquement et avec un code numérique, à l’aide des notions acquises au cours de MEC564 (P2).

 

Figure: chronophotographies expérimentales montrant la sédimentation d’un objet asymétrique en forme de L, de deux sphères et de deux cylindres interagissant.

 

 

Interaction entre un choc-oblique et une paroi

 

Antoine Sellier

 

MEC554 Aérodynamique Compressible

 

 

 

On cherche à prédire avec les modèles du cours MEC554 pourquoi on peut observer des situations très différentes telles que celles montrées sur les clichés.

 

 

 

Fonctionnement d'une entrée d'air d'avion supersonique

 

Antoine Sellier

 

MEC554 Aérodynamique Compressible

 

 

 

Le sujet examine les différents régimes d'une entrée d'air d'avion supersonique.

 

 

 

Câbles et barres : technologie de la tenségrité

 

Habibou Maitournam

 

MEC562 Structures anélastiques

 

 

 

On s’intéresse aux structures tridimensionnelles faites de câbles tendus et de barres comprimées utilisées comme des poutres ou des arcs. Après une analyse théorique de l’équilibre et de la stabilité de ces structures, on étudiera leur fonctionnement et leurs propriétés particulières. On analysera le comportement d'assemblages élémentaires, puis celui de plusieurs éléments pour fabriquer des structures complexes. Une structure expérimentale sera mise au point.

 

Autres cours utiles : MEC553 « Structures élancées », MEC563 « Stabilité », MEC570 « Analyse et dimensionnement des structures »

 

 

 

Intégrité d’une cuve de réacteur

 

Habibou Maitournam

 

MEC562 Structures anélastiques

 

 

 

Les cuves de réacteur sont des structures métalliques soumises à des chargements thermomécaniques (pression interne et variations de température). L’analyse de leur tenue passe par la caractérisation thermomécanique du comportement nonlinéaire de leur matériau constitutif et le calcul nonlinéaire de structure. On étudiera plus particulièrement le chargement limite pour une structure nominalement sans défaut, le comportement sous chargement cyclique et la tenue des structures fissurées.

 

Autres cours utiles : MEC551 « Elasticité et rupture », MEC553 « Structures élancées »

 

 

 

Quand les ouvrages en béton souffrent de la température (et du fluage)

 

Habibou Maitournam

 

MEC562 Structures anélastiques

 

 

 

Le fluage et la température peuvent être responsables de l’effondrement des ouvrages en béton.

 

L’objet est d’étudier la tenue des ouvrages en béton sous charges permanentes et sous les effets de la variation de température. On verra l’effet de la viscosité sur le comportement de ces structures selon le mode de construction. Elle est source de redistributions des contraintes pouvant être préjudiciables à la tenue des ouvrages. De même les variations de température peuvent induire des chargements cycliques susceptibles d’entraîner une ruine par fatigue.

 

On pourra, par exemple considéré le cas de l’effondrement de l’aérogare Roissy sur2E survenu en mai 2004.

 

Autres cours utiles : MEC562 « Mécanique des structures anélastiques », MEC570 «  Analyse et dimensionnement des structures », MEC551 « Elasticité et rupture », MEC553 « Structures élancées »

 

 

Métamatériaux acoustiques

 

Jean-Jacques Marigo et Agnès Maurel

 

MEC551 Plasticité et Rupture

 

 

 

Les métamatériaux acoustiques sont des structures artificielles mélangeant fluides et solides qui, moyennant un agencement astucieux des uns et des autres, présentent des bandes fréquentielles interdites pour toute propagation d'onde élastique ou acoustique. Ceci les rend particulièrement utiles pour résoudre les problèmes de furtivité ou d'atténuation du bruit. Lorsque les tailles caractérisiques mises en jeu dans le métamatériau sont inferieures à la longueur d'onde d'excitation, on peut homogénéiser la structure et le problème de propagation dans la structure complexe se réduit à un problème de propagation dans un milieu équivalent plus simple. Il devient alors possible de prévoir les bandes interdites et d'étudier les paramètres physiques qui les pilotent. Le but du projet est de découvrir ces phénomènes et de les modéliser dans quelques cas simples.

 

Métamatériau pour l'acoustique

 

Comportement élastique effectif des composites

 

Jean-Jacques Marigo

 

MEC551 Plasticité et Rupture

 

 

 

Il s'agit de relier le comportement effectif d'un matériau composite avec le comportement et la morphologie de ses constituants. D'un point de vue théorique, cela fait l'objet de la théorie de l'homogénéisation. On peut ainsi déterminer le comportement effectif associé à une microstructure donnée. Une autre question particulièrement intéressante est d'obtenir des bornes du comportement effectif à partir d'une connaissance partielle de la microstructure (par exemple, uniquement la connaissance de la fraction volumique des constituants). L'objectif du projet est de découvrir ces concepts et ces méthodes d'homogénéisation et de les mettre en oeuvre sur des exemples en se limitant au cadre élastique. Les calculs des comportements effectifs pourront donner lieu à un traitement numérique ou analytique, suivant les cas ou les goûts.

 

Perche en fibre de verre

 

Calcul du taux de restitution d’energie

 

Jean-Jacques Marigo

 

MEC551 Plasticité et Rupture

 

 

 

Le taux de restitution d'énergie potentielle G est une quantité globale entrant dans le critère de propagation d'une fissure dans la théorie de Griffith. Sa détermination précise dans une configuration de chargement et de géométrie donnée est donc essentielle si l'on veut savoir si la fissure va se propager. Toutefois son calcul numérique est difficile et nécessite la mise au point de méthodes numériques spécifiques. La plus utilisée du fait de sa précision et de sa mise en oeuvre systématique est la méthode dite G-theta qui s'appuie sur la méthode des éléments finis. L'objectif du projet est de découvrir cette méthode et de la mettre en oeuvre sur quelques exemples en testant sa précision.

 

 

Déformée d'une éprouvette CT

 

 

Craquelure des tableaux de peinture

 

Jean-Jacques Marigo

 

MEC551 Plasticité et Rupture

 

 

 

La craquelure des tableaux est due au séchage de la peinture qui provoquent contraintes de traction qui  induisent elles-mêmes ces craquelures. C'est un des exemples de multi-fissuration de couches minces. Une des principales difficultés du point de vue de la modélisation est de prévoir la morphologie et la densité de ces craquelures. L'objectif du projet est de découvrir ces phénomènes de multifissuration et leur modélisation. Pour cela, on commencera par considérer des problèmes simplifiés qui peuvent se traiter de façon analytique avant d'aborder la question de leur modélisation et de leur simulation numérique dans des cas plus complexes.

 

Craquelures de la Joconde

 

 

Competition between buckling modes in a triangular beam network

 

Basile Audoly

 

MEC553 - structures élancées   MEC563 - stabilité des solides

 

 

The buckling(*) of periodic structures such as a honeycomb is a classical topic in mechanics. We study the buckling of a simple honeycomb, namely a planar (2D) triangular network of elastic beams. This network can buckle as a whole when subject to in-plane compression. In a recent work, Kang et al. (2014) have shown that different buckling modes are actually possible: two chiral modes and a non-chiral mode, see the image below. Interestingly, the buckling thresholds of these modes are close to one another, and the aspect-ratio of the beams determines which buckling mode is seen in the experiments. In this project, we propose to set up a combination of (light) numerical simulations and analysis, with the aim to rationalize the observed competition of the buckling modes.

 

(*) flambage

 

References:

http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.112.098701

 

MEC430 and MECC431 recommended, at least one of them required

 

 

 

Flambement frustré de structures périodiques

 

Basile Audoly

 

MEC553 - structures élancées   MEC563 - stabilité des solides

 

 

Le flambement des structures périodiques telles qu’un nid d’abeille ou une plaque perforée régulièrement est un sujet classique. Il est connu que la longueur d’onde de flambement est un multiple de la période spatiale de la structure : pour une plaque trouée sous compression par exemple (voir photo), la longueur d’onde du mode de flambage vaut deux fois l’écartement entre les trous. On s’intéressera au cas où la plaque est roulée en cylindre avant d’être compressée, avec un nombre impair de trous selon la circonférence. On dit alors que le système est frustré, car le mode de flambement naturel du système ne peut plus s’exprimer car il est incompatible avec la condition de périodicité. Des expériences récentes montrent que la structure se comporte alors de manière intéressante. On s’attachera à comprendre ce comportement au moyen d’un modèle simplifié de masses et ressort.

 

Il est nécessaire d’avoir voir suivi MEC430 en 2e année.

 

 

 

Instabilités, morphogénèse

 

Jean-Marc Allain (allain@lms.polytechnique.fr)

 

MEC552 Mécanique des Fluides Numériques

 

Lors de l’extraction de pétrole, on cherche à chasser un fluide visqueux (le pétrole) par un fluide moins visqueux (de l’eau ou un gaz). Il est connu depuis longtemps qu’il n’est pas possible de chasser l’ensemble du pétrole : le front est instable. Il se forme des doigts qui viennent limiter la quantité de pétrole qu’on peut récupérer. Cette instabilité est connue sous le nom d’instabilité de Saffman-Taylor et se retrouve dans de nombreux systèmes (lave, films bactériens, etc.)

Nous nous intéresserons à la description théorique de cette instabilité, en particulier numériquement. Les prévisions pourront être comparées directement à des données expérimentales. Finalement, nous essaierons de comprendre comment contrôler cette instabilité.

 

 

 

 

Modélisation d'un cyclone tropical

 

Emmanuel Dormy

 

MEC552 Mécanique des Fluides Numérique

 

 

 

Les cyclones tropicaux comptent parmi les événements météorologiques les plus dévastateurs. Ce sont de gigantesques machines thermiques qui utilisent la chaleur latente associée au changement de phase de l'eau (vapeur - liquide) comme principal moteur. Ce sont des structures complexes qui sont habituellement étudiées dans le cadre de gros modèles de prévision du temps.

 

 

Dans ce projet, nous allons construire un modèle simple, axisymétrique pour un cyclone isolé et étudier les mécanismes de génération de ces structures, de transferts d'énergie, et de formation de l'oeil du cyclone.

 

 

 

 

 

 

 

Modélisation d’un obstacle oscillant : de la trainée à la propulsion

 

Emmanuel Dormy

 

MEC552 Mécanique des Fluides Numérique

 

On se propose d'étudier les allées tourbillonnaires produites en aval d'un obstacle oscillant. Il a été observé expérimentalement que les tourbillons en aval d'un tel obstacle (modélisant par exemple la nage d'un poisson) sont fondamentalement différents (pour certains paramètres) de ceux derrière un obstacle fixe (allée de Von Karman). Ainsi les poissons (et autres animaux utilisant des battements pour la propulsion) contrôlent les tourbillons du sillage en vue de la génération de forces propulsives. Nous proposons de construire un modèle numérique simplifié et de décrire les caractéristiques de l'écoulement et de la propulsion en fonction de la fréquence et de l'amplitude des battements de la nageoire.

 

 

 

 

 

Modélisation de l’expérience VKS

 

Emmanuel Dormy

 

MEC552 Mécanique des Fluides Numérique

 

 

 

Grâce à l'expérience VKS, les équipes du CNRS, du CEA et des ENS de Paris et de Lyon ont réussi à recréer en 2006 un champ magnétique par l'agitation de sodium liquide. Cette expérience reproduit ainsi en laboratoire l'effet dynamo à l'origine du champ magnétique des planètes et des étoiles.

 

 

 

Dans ce projet nous construirons un modèle de champ moyen pour cette expérience. L'écoulement sera fixé et l'on cherchera à décrire les mécanismes d'amplification du champ. L'un des objectifs du projet sera de reproduire les inversions de polarités magnétique observées en laboratoire.

 

 

 

 

 

 

 

Einstein's Teacup

 

Emmanuel Dormy

 

MEC552 Mécanique des Fluides Numérique

 

 

 

L'écoulement dans une tasse de thé est loin d'être aussi simple qu'on pourrait le penser. Il est assez contre-intuitif que les feuilles de thé situées au fond de la tasse se rassemblent au centre. La réponse à cette énigme a été apportée par A. Einstein. Nous construirons un modèle numérique permettant de rendre compte de ce phénomène.

 

 

 

 

3D Printed porous polymers subjected to uniaxial loads

 

Kostas Danas

 

MEC557

 

Porous polymers are composite rubbers, as shown in the figure, whose mechanical properties can be changed by the application of external mechanical fields. They are part of a novel and fast-growing family of materials (printed materials) which can respond, via solid-state electronics and modern control algorithms, to changes in their environment. These recently discovered materials are finding an increasing number of applications in aerospace, automotive, civil and electrical engineering fields as actively adaptive lenses, man/machine tactile interfaces, vibration damping devices, variable stiffness mounts and so on. The distinguishing feature of these composite material sytems is the well controlled micro and mesostructure since it derives directly from mathematical algorithms of sphere distributions. Subsequently, the obtained virtual geometries can be printed in a recently obtained 3D printer of high quality. The printed specimens can then be tested experimentally but also analyzed numerically under given boundary conditions. The goal of the proposed work is a numerical and experimental investigation of these materials, making use of recently developed codes and fabrication processes  (including 3D printing) that are able to reproduce several microstructural configurations as shown in the Figure. This rather novel research subject will provide the student with an advanced knowledge of finite element analysis and polymer testing (including 3D printing) as well as an opportunity to broaden her/his qualifications in new but fast-growing industrial areas (electronic industry, photovoltaics, haptics etc).

 

 

 

3D printed materials with negative Poisson ratios: a numerical and experimental study

 

Kostas Danas

 

MEC563/MEC557

 

When materials are compressed along a particular axis they are most commonly observed to expand in directions orthogonal to the applied load. The property that characterizes this behavior is the Poisson’s ratio, which is defined as the ratio between the negative transverse and longitudinal strains. The majority of materials are characterized by a positive Poisson’s ratio, which is approximately 0.5 for rubber and 0.3 for glass and steel. Materials with a negative Poisson’s ratio will contract (expand) in the transverse direction when compressed (stretched) and, although they can exist in principle, demonstration of practical examples is relatively recent. Very recently, the results of a combined experimental and numerical investigation demonstrated that mechanical instabilities in 2D periodic porous structures could trigger dramatic transformations of the original geometry. Specifically, uniaxial loading of a square array of circular holes in an elastomeric matrix is found to lead to a pattern of alternating mutually orthogonal ellipses. This results from an elastic instability above a critical value of the applied strain. The geometric reorganization observed at the instability is both reversible and repeatable and it occurs over a narrow range of the applied load. Thus, this behavior provides opportunities for transformative materials with properties that can be reversibly switched. Similar instability induced pattern transformations have been observed also at the sub-micrometer scale. These observations pave the way for the development of a new class of materials, which take advantage of such behavior. The goal of the study is to analyze numerically using the finite element method and test experimentally such materials made of polymers and holes.

 

 

 

 

Les tours « anti-sismiques »

 

Jean-François Semblat

 

MEC568 « Structural dynamics »

 

Analyse de la réponse dynamique de structures munies de dispositifs parasismiques (oscillateur, amortisseur…)

Analyse numérique / expérimentale

 

 

 

Tenue au vent des ponts

 

Jean-François Semblat

 

MEC568 « Structural dynamics »

 

Analyse de la tenue au vent des ponts souples (couplages aéroélastiques, vitesses critiques de flottement…)