Structures élancées : stabilité, optimisation, contrôle – SLENDER

Ce projet de recherche a pour objectif l'étude et le développement d'applications de structures composites multistables en forme de plaques ou coques, qui peuvent se comporter comme des surfaces qui adaptent leur forme en subissant des grands déplacement et rotations sous l'effet de chargements externes et d'une actuation embarquée.
Cette recherche implique l'étude de phénomènes non linéaires complexes qui ont lieu lors des grands déplacements de structures élancées (poutres, arcs, plaques ou coques) afin de développer des modèles et des outils pour la prédiction, la conception et le contrôle de ces phénomènes. Les grandes non linéarités sont le facteur crucial pour comprendre la stabilité ou la perte de stabilité de structures élancées.
Notre objectif est de traiter deux aspects dans ce large domaine :
i. d'abord le développement d'une approche théorique et numérique intégrée pour la conception optimale de plaques ou coques composites stratifiées capables de maintenir plusieurs configurations d'équilibre distinctes, grâce à la combinaison des effets des non linéarités géométriques, de l'anisotropie et de pré-contraintes induites par le gradient des propriétés matériau dans l'épaisseur. L'idée est de commencer par l'étude de modèles analytiques relativement simples pour l'étude de grandes non linéarités afin de saisir les phénomènes fondamentaux et, ensuite, de valider les résultats par des plus fines simulations numériques et par la réalisation d'essais expérimentaux. Ceci peut ouvrir la voie à une modélisation plus fine, ainsi qu'à la conception et l'optimisation de structures multistables plus complexes;
ii. un autre aspect concerne l'étude théorique et la validation expérimentale d'une actuation efficace à base de matériaux actifs, tels que les Alliages à Mémoire de Forme (AMF) pour le contrôle de forme de la structure (passage d'une configuration d'équilibre à une autre) sans besoin de joints ou actionneurs conventionnels.
En synthèse, ce projet est dédié à la modélisation, la conception optimale et le contrôle de forme de structures multistables, c'est-à-dire des structures peuvent maintenir différentes configurations d'équilibre sans le besoin de forces externes. Les domaines d'application sont très variés et se situent à la frontière de l'innovation et de la recherche de pointe : les structures multistables, aussi présentes en Nature, sont les composantes de dispositifs modernes, comme des structures déployables et adaptatives pour l'aéronautique et l'espace, miroirs, écrans minces, etc.
Les développements proposés dans ce projet mettent en synergie plusieurs approches et disciplines: modélisation, validation numérique et expérimentale, compréhension des phénomènes physiques, optimisation.
En considération des domaines d'application et des approches envisagées, ce projet peut être évalué dans le cadre du protocol d'accord ANR/FRAE : des liens importantst existent avec les thèmes prioritaires I, VI, VIII, IX, ainsi qu'avec le thème III concernant les couplages physiques en jeu.
Finalement, ce projet entend réunir un groupe de jeunes chercheurs, experts dans differents domaines de la mécanique des structures (modélisation, optimisation, elasticité, matériaux actifs, singularités, stabilité,…) afin de construire et renforcer une équipe de recherche basée à l'Institut Jean Le Rond d’Alembert (IJLRdA), Université Pierre et Marie Curie (UPMC). Des collaborations externes sont prévues avec deux collègues, l'une de l'Ecole Nationale Supérieure de Cachan et l'autre de l'Università Roma 1 La Sapienza. Aussi, ce projet donnera contribution au développement des récentes activités expérimentales en mécanique des solides à l'IJLRdA par la réalisation de simples dispositifs de test. Cette activité expérimentale a démarré il y a quelques années dans le domaine de la mécanique des fluides et elle est fortement encouragée par la direction de l'IJLRdA.