Le LMSP est reconnu à l’échelle nationale et internationale par ses activités dans le domaine de la modélisation numérique des procédés de mise en forme ainsi que dans le développement d’une algorithmique avancée et adaptée aux problèmes multi-physiques et multi-échelles, fortement non linéaires et de grande taille.

Les applications visées sont typiquement la mise en forme des métaux et des polymères ainsi que l'étude des systèmes mécaniques avec éventuellement intégration de la partie commande (mécatronique).

D'une manière générale, le Laboratoire de Mécanique des Systèmes et des Procédés a pour objectif la modélisation des procédés de fabrication et des structures en vue de contribuer à la conception intégrée des systèmes mécaniques. Dans cette perspective, des enseignants-chercheurs de domaines complémentaires et habitués à travailler en commun depuis de nombreuses années, se sont regroupés. Ce regroupement s'est effectué bien avant même la création du LMSP (UMR CNRS 8106) en 2002, en particulier au sein du LM2S (UPRES A CNRS 8007) et auparavant au sein du LMS de l'ENSAM.

Sommaire

> Thèmes de recherche

- Modélisation des procédés de fabrication
- Méthodes du calcul des structures
- Commande des systèmes mécaniques

> Enseignement

Thèmes de recherche

Les thématiques du LMSP correspondent à des besoins scientifiques et techniques et visent à compléter le dispositif de formation par la recherche et à la recherche mis en place au sein de l'école Arts et Métiers ParisTech.
Ces thématiques sont les suivantes :

Modélisation des procédés de fabrication

Les objectifs de ce thème de recherche sont de mettre en place une approche méthodologique de la coupe appliquée à l’Usinage à Grande Vitesse (tournage, fraisage, perçage, rectification) et à la découpe rapide. Cette approche associe l’expérimentation et la modélisation.

La partie expérimentation s'appuie sur des essais réalisés sur des plateformes UGV existantes au sein de Arts et Métiers ParisTech ainsi que sur un banc de cisaillage grande vitesse. La partie modélisation se structure au travers de plusieurs niveaux d’observation pour proposer des outils de simulation à finalité industrielle concourant à l’optimisation du procédé. Les matériaux visés sont les métaux et les matériaux composites.

La complexité des mécanismes à l’origine de l’enlèvement de matière, au demeurant très multi-physiques et très non-linéaires ; la nécessité de prendre en compte les aspects matériaux de l’opération (usinabilité, état résiduel de la pièce, usure des outils, transformation de phase et diffusion chimique) et de maîtriser le comportement dynamique du système pièce-outil-machine, ont conduit naturellement à adopter une approche multi-échelle.
Ainsi, les vibrations du système d’UGV sont étudiées à une échelle dite macroscopique ; les mécanismes de séparation de la matière ainsi que la formation de copeaux à une échelle dite mésoscopique.

Méthodes du calcul des structures

Il s'agit ici de développer des techniques numériques novatrices dont le domaine privilégié d'application est la simulation numérique des procédés.

On peut ainsi citer :

• la CNEM : une approche à mi-chemin des éléments finis et des méthodes sans maillage. Cette approche tridimensionnelle possède une aptitude particulière à simuler les phénomènes invoquant de très grandes déformations du matériau comme c'est le cas en usinage ou cisaillage. Elle permet également de prendre en compte la présence d'interfaces mobiles au sein de la matière. Les applications visées se situent résolument à l'échelle mésoscopique.
• Travaux E. Balmes :
• Dynamique des systèmes complexes : une formulation dite géométriquement exacte de la dynamique des systèmes déformables constitués de solides pour lesquels la théorie des poutres est admissible. L’approche est non incrémentale, nous atteignons des rotations d’amplitude quelconque et appliquant en une seule fois la charge totale. A coté de cette démarche analytique nous avons développé une démarche type éléments finis et mis au point un élément fini spécial de type poutre iso-paramétrique à 3 nœuds. Notre objectif est de réduire considérablement le temps de calcul en diminuant le nombre d’inconnues par nœud.

Une plate-forme logicielle, interne au LMSP, a été développée pour capitaliser le savoir faire du laboratoire en simulation numérique. Cette plate-forme, NESSY (pour NEtwork Solver SYstem),  integre aujourd'hui les développements liés à la simulation numérique de l'usinage à l'échelle macroscopique ainsi que ceux relatifs à l'échelle mésoscopique (CNEM).

Avec l'arrivée d'Etienne Balmes (1er Sept. 2008), un second logiciel fait son entrée au LMSP : SDT.

Commande des systèmes mécaniques

Les activités de ce thème se situent dans le développement et l’application des méthodes de l’automatique théorique aux systèmes et structures mécaniques (matériaux composites, alliages à mémoires de formes). Une volonté affirmée est de valider les méthodologies sur des dispositifs expérimentaux soit en laboratoire, soit dans l’industrie. Les thèmes de recherches sont :

• Commande et surveillance de l'intégrité des structure
• Commande robuste appliquée aux systèmes et structures mécaniques
• Ingénierie pour les personnes handicapées

Le but est de compléter les systèmes mécaniques par des dispositifs de commande (généralement à base de calculateurs numériques) conférant à l’ensemble des performances non réalisables par des systèmes mécaniques seuls. Il s’agit d’une approche intégrée regroupant la modélisation, la commande et la surveillance des systèmes mécaniques. Lorsqu’il concerne des matériaux composites, ce thème s’inscrit dans le cadre des matériaux intelligents.