Recruitment of a Post Doc fellow (f/m), 18 months

Investigation of the stress field in nanostructured oxide materials during phase transformation

The objective of this postdoctoral position is to estimate the stress field that accumulates in an oxide material sub- mitted to thermal loading. We will in particular study zirconium oxide (zirconia), which is extensively employed at an industrial scale as a refractory material in the glass industry, for dental implants, among other applications. Zirconia undergoes a tetragonal → monoclinic phase transition during cooling, starting around 1170°C. Modelling results will be compared with quantitative in situ high-temperature X-ray diffraction measurements performed at the European Synchrotron Radiation Source (ESRF). Stress levels in the GPa range are expected at the grain (nanometric) scale [1] in this material. Such significant levels of stress lead to the formation of a nanocrack network. Moreover, the process of phase transition may be influenced by such stresses, for example by enabling the formation of a high-pressure orthorhombic phase. The relatively uncomplicated microstructure of the specimens (featuring 24 crystal orienta- tions/variants) has been key to multi-year experiments at the ESRF from our group, enabling 3D scanning of the crys- tallographic reciprocal space [2] and surface imaging at 300 nm spatial resolution [3]. The responsibilities of the post- doctoral researcher will be twofold:

•    The modelling of the stress field in monoclinic zirconia by employing a spectral (FFT) full-field method [4] during thermal loading is the subject of this study. In order to achieve this objective, random monoclinic polycrystalline microstructures will be constructed on the basis of established crystallographic rules for variant selection, in continuation of our previous work [5].

•     The subsequent step will involve the extraction of synthetic X-ray diffraction diagrams from the model results, which will then be compared to the experimental ones. This comparison will be based on the experience of the team in this field [6]. Therefore, this position will also require analysis of experimental datasets to derive quan- titative values suitable for comparison with the model results.

Fiche de poste

Contacts

olivier.castelnau@ensam.eu

 katell.derrien@ensam.eu

Objective: Develop a model for the distribution of the residual stress generated by laser shot peening on a metallic alloy, and identify this model using spatially resolved synchrotron X-ray diffraction measurements.

Context: Laser shot peening (LSP) is a process that introduces compressive residual stresses into the surface of a material or a structure in order to improve its fatigue resistance. The process involves focusing a pulsed, high-energy laser beam (several joules) onto the metallic specimen. The laser spot is a few millimeters in diameter while the pulse lasts for about ten nanoseconds, resulting in a huge power density of the order of GW/cm2. The interaction between the laser beam and the material produces a plasma, the confined expansion of which induces a pressure wave in the material (Figure 1(a)). Pressures in the material can be as high as several hundred GPa, enabling the process to be used to discover unknown crystallographic phases, for example in the interior of planets. In our application of  LSP  to  metallic  materials,  the  pressure  is  voluntarily  limited  to  several  GPa  so  that  the  wave propagation leads to local plastic deformation of the specimen, at a huge strain-rate (106s-1  or even more),  ultimately  resulting  in  a  heterogeneous  field  of  residual  stress  once  static  equilibrium  is reached.

Contact 

Olivier Castelnau 

olivier.castelnau@ensam.eu

Fiche de poste

Directeur de thèse : Xavier Colin (ENSAM/ PIMM)
Co-encadrant : Hervé Illy (CSTB)

Mots clés : prédiction de la durabilité, mécanismes de dégradation, matériaux polymères, polymères issus de la biomasse, impact du changement climatique

 Profil d'enseignement : Les enseignements sont répartis de la façon suivante : 4/5 en formation d’ingénieur en apprentissage spécialité matériaux au Cnam Paris, et 1/5 en formation d’ingénieur HTT (cours du soir). Les enseignements concernés sont principalement en métallurgie (assemblage) et en méthode numérique, en fondamentaux de la physico-chimie des matériaux et en relations microstructure-propriétés, du niveau L3 à M2. Il faudra également assurer un suivi pédagogique des projets des ingénieurs matériaux en apprentissage. 

Profil de recherche : Le laboratoire PIMM (Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux) est une unité mixte de recherche avec trois tutelles : ENSAM, CNRS, Cnam. Les travaux de recherche du PIMM s’attachent aux conséquences des procédés sur les propriétés d’emploi des matériaux et leur durabilité, via les défauts et les modifications de microstructures engendrées. Ils visent à répondre aux enjeux de l’industrie du futur et du développement durable dans les secteurs du transport et de l’énergie majoritairement mais aussi de l’emballage et de la santé. Profil du/de la candidat·e : métallurgiste physique, spécialisé·e dans la relation microstructure-propriétés mécaniques.

 Mots clé : fabrication additive, LPBF, métallurgie, caractérisation microstructurale, approche multi-échelle, lien procédés-microstructure-propriétés.

 Contacts :

Stéphane Delalande stephane.delalande2@lecnam.net

 Zehoua Hamouche  zehoua.hamouche@lecnam.net 

Bassem Barkia  bassem.barkia@lecnam.net

Modalité de candidature : Galaxie 

Fiche de poste

cf. fichier joint

Please, find an english version below

Mise en évidence de la réflexion de von Neumann dans les solides par ondes de choc laser

En raison de leurs non-linéarités intrinsèques, les ondes de chocs peuvent présenter un certain nombre de caractéristiques uniques vis-à-vis des autres ondes élastiques plus classiques. C'est particulièrement vrai lorsque l'on s'intéresse au régimes de réflexions sur les interfaces. La réflexion de von Neumann est l'un de ces régimes particuliers. Il s'observe lorsqu'une onde de choc faible arrive avec une incidence oblique sur une interface rigide libre. Dans ce cas particulier, la réflexion n'a pas lieu directement sur l'interface mais à proximité, les deux angles (incident et réfléchi) sont différents et une onde troisième onde appelée pied de Mach apparaît et se propage le long de l'interface. Observée et simulée dans les fluides, ce régime de réflexion particulier n'a pas été étudié dans les solides.

Dans cet objectif, une onde de choc faible est générée dans le milieu de choix (aluminium ou titane principalement) par ablation laser. Un second montage optique est focalisé sur la seconde interface où se produit la réflexion. Par vélocimétrie, il est possible de mesurer la déformation de cette frontière lorsque l'onde de choc l'atteint. La vitesse mesurée peut être directement liée à la pression locale. En suivant l'évolution de la pression mesurée selon différents paramètres (angle d'incidence, amplitude de l'onde de choc, matériau, ...), il est possible de mettre en évidence un comportement non linéaire de l'onde de choc au niveau de l'interface et tout particulièrement d'identifier le régime de von Neumann.

Ce stage s'intègre dans un projet ANR intitulé LASERSHOWS au sein duquel on s'intéresse aux comportements particuliers des ondes de choc faibles. Le candidat participera au déroulement de la campagne de mesure, depuis la conception des échantillons jusqu'au traitement des signaux. Ce stage est essentiellement expérimental mais une partie simulation peut être intégré selon les envies du candidat. Il s'adresse principalement à des étudiants en seconde année de master ou en fin de cycle ingénieur et ayant été formé en acoustique, optique, physique ou dans un domaine proche. Pour plus d'informations, veuillez trouver ci joint une fiche descriptive du stage (en anglais) et n'hésitez pas à me contacter (ronan.delalande@ensam.eu).

Von Neumann reflection in solid evidenced using laser-generated shock

Due to their intrinsic non-linearity, shock waves may display unique features. In particular, in case of an oblique reflection on a rigid interface, Snell-Descartes laws are no more satisfied by the wave. Depending on the incidence angle and shock amplitude, incident and reflected angles are different and reflected shocks can merge away from the reflection surface, at a particular position called the triple point, connected to the reflecting surface by a third wave called Mach stem. Such typical behavior has been extensively observed and investigated in air, with a few observations in water. However, in case of solids, it is only hypothesized that such nonlinear reflection of a weak shock wave occurs. The objective of the internship is to demonstrate this for the first time in solids.

For this purpose, shock wave are generated in well-known metallic samples (Al, Ti) by laser ablation. A second, low-intensity, laser can be focused at the precise position at which this shock wave will reflect on a free surface. Optical interferometry then allows to determine the velocity of this interface, when twisted by the shock wave. Linear acoustics would lead to a doubling of the incident velocity at this interface. On the contrary, nonlinear reflection of a weak shock is expected to lead to a much more complex behavior. The proposed experiment will monitor this behaviorby varying the control parameter for different laser amplitudes, angles of incidence and materials.

Applicant will be the main protagonist of our next experimental campaign, from sample conception to data analysis. This internship will be part of ANR-funded project LASERSHOWS. Experimental work represent the main part of this internship but a simulation component could be added. It is mainly dedicated to master 2 or last year of engineering schoool student trained in acoustics, mechanics, optics, physics or a close related field. More information can be found in the joint descriptive file or by contacting me (ronan.delalande@ensam.eu)

We are seeking a highly motivated post-Doc candidate to join our research team to investigate physics informed machine learning
models to simulate Lamb wave propagation in curved parts. The successful candidate will also be in charge of the development of a
high-fidelity finite element model which will be used as a reference. Through this research, the candidate will contribute to understand
the influence of several design parameters on the performance of the transducers in SHM context.

Fiche de poste

Offre de thèse H/F

Dans le cadre du Projet européen EURAD-2, WorkPackage OPERA
Collaboration ANDRA - ORANO- Laboratoire PIMM
Durabilité de polymères microporeux pour le conditionnement de Liquides Organiques

Thesis offer M/F

As part of the European EURAD-2 Project, WorkPackage OPERA
Collaboration ANDRA - ORANO- PIMM Laboratory
Durability of microporous polymers for long-term storage of organic liquids
Europe's