Usinage des composites et effet des copeaux générés sur la santé des opérateurs et l'environnement // Composite machining and the impact of chips on operator health and the environment - #1018350

Université de Picardie - Jules Verne

Amiens - France

Usinage des composites et effet des copeaux générés sur la santé des opérateurs et l'environnement // Composite machining and the impact of chips on operator health and the environment

Usinage, Composite, Comportement mécanique, Simulation numérique, Polluants primaires
Machining, Composite, Mechanical behavior, Numerical simulation, Primary pollutants

Topic description

Les matériaux composites gagnent en popularité dans les secteurs de l'aéronautique et de l'automobile. Les raisons sont attribuées à leur légèreté associée à des caractéristiques mécaniques élevées. Cependant, leur usinage est une opération très délicate car elle consiste à usiner, en même temps, des matériaux de comportements différents (résine et fibres). Il engendre des défauts ainsi qu'un risque d'endommagement autour de la zone usinée. Ces défauts influent sur le produit final et sur la durée de vie de l'outil. De plus, l'usinage génère des copeaux sous formes de particules fines pouvant être néfaste à l'homme et à l'environnement. L'objectif du projet est double :
-Développer un modèle numérique pour de prédire l'apparition des défauts en définissant les conditions de coupe optimale. Cette prédiction permettra de diminuer les coûts et le temps liés à l'expérimentation. Le développement d'une simulation numérique est un moyen fiable pour la compréhension des phénomènes de formation de copeaux, de prédire les paramètres de coupe pour un couple outil matière donné.
-Quantifier la taille des poussières générées en fonction des conditions d'usinage et étudier leur influence sur les opérateurs et l'environnement. Il s'agit d'étudier la taille des particules générés lors de la coupe des composites carbone-époxy. L'étude disponible dans la littérature ouverte sur ces particules est préoccupante. Elle montre que, quelles que soient les conditions de coupe, environ 90 % des particules générées sont fines (polluant primaire) et peuvent atteindre les alvéoles pulmonaires.
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Composite materials are being utilized more and more in the aerospace and automotive industries. Their light weight and high mechanical properties are the reasons behind them. Composite machining is a delicate operation because it involves machining materials with different behaviors (resin and fibers) simultaneously. This generates defects and the risk of damage around the machined area. These defects can affect both the final product and tool life. Furthermore, machining results in chips in the form of fine particles, which can have a negative impact on humans and the environment. The project intends to accomplish two things:
-The objective is to develop a numerical model that can predict the appearance of defects and define the best cutting conditions. By using this prediction, experimentation costs and time can be reduced. A numerical simulation is a reliable way to understand chip formation phenomena and predict cutting parameters for a given tool-material pair.
-Analyze the impact of machining conditions on chip size and their impact on operators and the environment. The objective is to analyze the size of particles produced when cutting carbon-epoxy composites. The studies that are available in the open literature regarding these particles are a cause for concern. They show that, regardless of the cutting conditions, approximately 90% of the particles generated are fine (primary pollutants) and can reach the pulmonary alveoli.
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Début de la thèse : 01/10/2024

Funding category

Funding further details

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Presentation of host institution and host laboratory

Université de Picardie - Jules Verne

Institution awarding doctoral degree

Université de Picardie - Jules Verne

Graduate school

585 Sciences, Technologie, Santé

Candidate's profile

Titulaire d'un bac+5 orienté mécanique avec des connaissances en usinage et dans l'élaboration des matériaux composites à fibres longues et à matrices polymères Forte motivation pour la mise en place d'expérimentations instrumentées Bonne connaissance de logiciels de simulation numérique tels que Abaqus, Ansys. Habitué(e) à collaborer avec différents partenaires, capable de diriger des projets de manière autonome Maîtrise de l'anglais.
You should be completing or have Bac+5-level degree: an engineering diploma or a Master of Science in mechanical engineering with expertise in machining and the development of advanced materials featuring long fibers and polymer matrices. Highly motivated to establish instrumented experiments Proficient in using numerical simulation software like Abaqus and Ansys. Experienced in collaborating with various partners and capable of independently leading projects Proficient in English.

2024-05-05