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Peter BERKE


coordonnées


Ecole polytechnique de Bruxelles
Peter BERKE
tel 02 650 65 52, fax 02 650 27 89, Peter.Berke@ulb.ac.be
Campus du Solbosch
CP194/02, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles



unités de recherche


Modélisation des Structures et des Matériaux [Structural and Material Computational Mechanics] (BATir - SMC)



projets


Miniaturisation de micromanipulateurs en caractérisant et modélisant des nanomatériaux [Miniaturization of micromanipulators by characterizing and modelling nanomaterials]
Le développement des N/MEMS (Nano/Micro ElectroMechanical Systems) fait l'objet de nombreuses recherches, de par leur apport dans divers domaines (capteurs et actionneurs pour les technologies de l'information, la médecine et de l'énergie). Le passage aux échelles micro- et nanométriques implique des modifications des procédés de fabrication des matériaux, ainsi que de leur modélisation. L'effort de recherche lié aux N/MEMS est centré sur la technologie du silicium et bénéficie des investissements importants réalisés durant les 40 dernières années. Les dispositifs comportant des pièces en contact et en mouvement basés sur le silicium sont handicapés par l'usure. Des composants cruciaux doivent présenter des dimensions de plus en plus petites, une masse faible et une résistance accrue à la corrosion et à la déformation. Ce projet a pour objectif d'étudier des approches de développement de N/MEMS basées sur des matériaux conventionnels (alliages métalliques, céramiques). Les N/MEMS formés de composants individuels doivent être assemblés, à la différence de dispositifs basés sur le silicium qui sont fabriqués sous forme de sous-unités complètes. Il est donc nécessaire d'aborder la conception de ces composants via une approche multidisciplinaire, basée sur les compétences de trois groupes de l'ULB: (1) la conception et la production de microcomposants (Prof. A. Delchambre), (2) la simulation du comportement des matériaux (Prof. Ph. Bouillard), et (3) les caractérisations et modifications de surfaces (Prof. M.-P. Delplancke). Afin de caractériser le comportement mécanique des nanomatériaux, des modèles seront développés pour différentes situations (dépôts mous sur substrats durs, dépôts durs sur substrats mous). Plusieurs outils seront développés pour les simulations de nano-indentation, dont (1) des formulations de plasticité à gradients et leur adaptation aux grandes déformations, (2) le traitement de contacts unilatéraux avec prise en compte du frottement. Ces outils seront utilisés pour étudier l'influence des revêtements sur les propriétés mécaniques et tribologiques des matériaux, en vue de coupler l'influence de la friction et l'usure des matériaux aux modèles ci-dessus. Les simulations seront alimentées par les résultats expérimentaux et le modèle final sera utilisé pour améliorer les couches expérimentales dans une phase ultérieure du projet. [The development of N/MEMS (Nano/Micro ElectroMechanical Systems) are the focus of an intense research activity, owing to their potential benefits in different fields (sensors and actuators for information technologies, health and energy sectors). Leaping to micro- and nanometric scales requires important changes in the manufacturing of materials, as well as in their modelling and design. The main emphasis of the current research effort in N/MEMS lies in silicon technology, which benefits from important investments made over the past 40 years. Devices built on silicon, and composed of parts in contact and relative motion, are adversely affected by wear. Crucial components require properties like ever smaller dimensions, low mass and increased resistance to corrosion and deformation. This project aims at studying alternate approaches to the N/MEMS development based on conventional materials (metal alloys, ceramics and polymers). The N/MEMS made of individual components have to be assembled, contrarily to silicon-based devices which are manufactured as entire subsystems. To meet those demands, it is necessary to adopt a multidisciplinary approach, relying on the expertise of three ULB groups skilled in (1) the design and production of microcomponents (MCFAO laboratory, Prof. A. Delchambre), (2) the simulation of materials behaviour (SMC, Prof. Ph. Bouillard), and (3) the characterization and modification of surfaces (SCI, Prof. M.-P. Delplancke). In order to characterize the mechanical behaviour of nanomaterials, various models will be investigated (soft deposits on hard substrata, hard cristalline or amorphous deposits on soft substrata, ...), each demanding a specific strategy. Moreover, various tools will be developed for simulating nanoindentation, among which (1) plasticity gradient models with intrinsic length scales and their large deformation adaptation, (2) computational contact mechanics potentially with frictional contact laws. These tools will be used to study the influence of coatings on the mechanical and tribological properties of materials with the aim of coupling the role of friction and material wear to the models developed previously. The simulations will be fed with experimental results, and the final model will be used to improve the experimental layers in a forthcoming phase of the project.]

Modélisation multi-échelles adaptative de la rupture quasi-fragile par méthodes numériques semi-discrètes pour les géomatériaux. [Multi-scale adaptive modelling of quasi-brittle fracture using semi-discrete numerical approaches for geomaterials.]
La compréhension et la prédiction de l'endommagement par fissuration des géomatériaux quasi-fragiles est d'un intérêt primordial dans le domaine du génie civil au sens large. La rupture est un phénomène qui, tout en déterminant leur comportement macroscopique, est amorcé aux échelles les plus fines de la microstructure des matériaux. La plupart des formulations numériques utilisant des lois constitutives restent toutefois limitées soit par leurs hypothèses simplificatrices (géneralisation multi-physiques difficile), soit par leur complexité et leur coût. L'objectif de la présente proposition est de remédier à ces inconvénients par le développement d'une technique multi-échelles semi-discrète de représentation de la fissuration dans les matériaux quasi-fragiles. Elle consiste en un couplage des techniques de transition d'échelles avec une représentation discrète de l'équilibre structural. Ce couplage vise à diminuer la complexité des calculs multi-échelles en tirant parti du caractère discret des transitions d'échelles, et permet d'autre part d'envisager l'adaptation naturelle de l'échelle de représentation en fonction de la progression de la fissuration. Le schéma développé sera tout d'abord appliqué à des matériaux à microstructure périodique (maçonneries), ensuite il sera étendu à la rupture de matériaux à microstructure non périodique (béton). Ce nouveau schéma numérique peut trouver de nombreuses applications dans différents domaines. Dans le domaine de génie civil il permettra d'élargir les techniques multi-échelles à la rupture d'une plus large gamme de matériaux. [To be implement later ]

Modélisation multi-échelles semi-discrète de la rupture quasi-fragile [Semi-discrete multi-scale modelling of quasi-brittle fracture]
Le projet concerne le développement d'une méthode de calcul numérique multi-échelles adaptative pour la représentation de la rupture de structures et de matériaux quasi-fragiles. L'objectif est de construire un lien entre une description classique de type milieu continu à l'échelle fine et une description discrète à l'échelle structurale (nuage de points), permettant de tirer parti du caractère discret des transitions d'échelles pour diminuer la complexité et le coût des calculs. [The project deals with the development of adaptive multiscale methods for the computational modelling of the failure of quasi-brittle structures and materials. The objective is to build a link between a continuum fine scale description and a discrete structural scale description under the shape of a cloud of points, allowing to exploit the discrete nature of the scale transition operators to decrease the complexity and the cost of multiscale computations.]

Plasticité aux échelles submicroniques avec confinement et effets d'interface [Small scale plasticity with confinement and interfacial effects]
Ce projet a pour but d'investiguer les effets du confinement par des interfaces (joints de grains, présence de mâcles, ...) sur la réponse mécanique de systèmes métalliques aux échelles submicroniques. L'objectif est de coupler des descriptions phénoménologiques de plasticité à gradients avec une représentation explicite des effets mécaniques de la présence de telles interfaces. [This project intends to investigate the confining effect provided by interfaces (grain boundaries, twin boundaries, ...) on the mechanical response of metallic systems at submicronic scales. The objective is to couple phenomenological strain gradient plasticity descriptions with an explicit model of the mechanical effects of the presence of such an interface.]



disciplines et mots clés déclarés


Connaissance des matériaux Déformation, rupture matériaux Programmation et méthodes de simulation Résistance et comportement des matériaux Sciences de l'ingénieur Tribologie

effets d'interfaces frottement et usure homogénéisation homogénéisation homogénéisation numérique mécanique du contact méthode de simulation discrètes miniaturisation modélisation adaptative modélisation éléments-finis modélisation multi-échelles modélisation numérique de la rupture nanotechnologies plasticité à gradients rupture simulations numériques tribologie