Modèle prédictif de l'apparition de la microporosité de retrait durant la solidification d'un alliage Aluminium-Silicium PDF Download
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Author: Jose Manuel Rozot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 133
Book Description
Dans le système de freinage l'utilisation de pièces en alliage d'aluminium de fonderie est courante. Ce type de système nécessite une fiabilité des éléments qui se traduit par un besoin de maîtrise de la santé matière des produits. Le modèle proposé a pour but de prédire l'apparition de micro-défauts : les microporosités de retrait. Ceux-ci apparaissent lors de la solidification et diminuent la durée de vie des systèmes. Ce travail propose la modélisation de l'apparition de ces défauts lors d'une solidification d'un alliage Aluminium Silicium. Cette contribution se démarque des travaux traitant des phénomènes liés à la variation de solubilité des gaz dans l'aluminium lors de la solidification. Ce travail s'intéresse aux phénomènes de retrait dans le cas où il n'y a pas rupture d'alimentation. Le milieu semi-solide est considéré comme un milieu poreux. Lorsque la perméabilité de ce milieu est trop faible le retrait de solidification ne peut être compensé par déplacement de liquide. Ce modèle s'appuie sur un couplage entre la thermique de la solidification et le transfert de masse (écoulement interdendritique). Le modèle proposé utilise peu de paramètre. Ce caractère parcimonieux du modèle et l'incertitude sur la valeur de certains paramètres a permis l'identification des dits paramètres. Ce travail d'identification par méthode inverse a nécessité des expérimentations, dans une configuration permettant de maîtriser les conditions aux limites.
Author: Jose Manuel Rozot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 133
Book Description
Dans le système de freinage l'utilisation de pièces en alliage d'aluminium de fonderie est courante. Ce type de système nécessite une fiabilité des éléments qui se traduit par un besoin de maîtrise de la santé matière des produits. Le modèle proposé a pour but de prédire l'apparition de micro-défauts : les microporosités de retrait. Ceux-ci apparaissent lors de la solidification et diminuent la durée de vie des systèmes. Ce travail propose la modélisation de l'apparition de ces défauts lors d'une solidification d'un alliage Aluminium Silicium. Cette contribution se démarque des travaux traitant des phénomènes liés à la variation de solubilité des gaz dans l'aluminium lors de la solidification. Ce travail s'intéresse aux phénomènes de retrait dans le cas où il n'y a pas rupture d'alimentation. Le milieu semi-solide est considéré comme un milieu poreux. Lorsque la perméabilité de ce milieu est trop faible le retrait de solidification ne peut être compensé par déplacement de liquide. Ce modèle s'appuie sur un couplage entre la thermique de la solidification et le transfert de masse (écoulement interdendritique). Le modèle proposé utilise peu de paramètre. Ce caractère parcimonieux du modèle et l'incertitude sur la valeur de certains paramètres a permis l'identification des dits paramètres. Ce travail d'identification par méthode inverse a nécessité des expérimentations, dans une configuration permettant de maîtriser les conditions aux limites.
Author: Mnaouar Chouchane Publisher: Springer ISBN: 3319175270 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 814
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This book offers a collection of original peer-reviewed contributions presented at the 6th International Congress on Design and Modeling of Mechanical Systems (CMSM’2015), held in Hammamet, Tunisia, from the 23rd to the 25th of March 2015. It reports on both recent research findings and innovative industrial applications in the fields of mechatronics and robotics, dynamics of mechanical systems, fluid structure interaction and vibroacoustics, modeling and analysis of materials and structures, and design and manufacturing of mechanical systems. Since its first edition in 2005, the CMSM Congress has been held every two years with the aim of bringing together specialists from universities and industry to present the state-of-the-art in research and applications, discuss the most recent findings and exchange and develop expertise in the field of design and modeling of mechanical systems. The CMSM Congress is jointly organized by three Tunisian research laboratories: the Mechanical Engineering Laboratory of the National Engineering School of Monastir; the Mechanical Laboratory of Sousse, part of the National Engineering School of Sousse; and the Mechanical, Modeling and Manufacturing Laboratory at the National Engineering School of Sfax.
Author: David Carpentier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 246
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EN FONDERIE D'ALUMINIUM, LA PRESENCE DE MICROPOROSITES AU SEIN DES PIECES MOULEES NUIT CONSIDERABLEMENT A LEURS PROPRIETES MECANIQUES. ON COMPREND PAR CONSEQUENT QUE LA MODELISATION ET LA PREDICTION DE LA FORMATION DES MICROPOROSITES PEUVENT ETRE D'UN GRAND SOUTIEN POUR LE FONDEUR. DANS CETTE ETUDE, NOUS AVONS OBSERVE TOUT D'ABORD EXPERIMENTALEMENT LA SENSIBILITE A LA FORMATION DES MICROPOROSITES D'ALLIAGES BINAIRES D'ALUMINIUM-SILICIUM (AL-3%SI, AL-7%SI, AL-11%SI) DANS DES CONDITIONS DE SOLIDIFICATION UNIDIRECTIONNELLE OU UNIFORME. LA CARACTERISATION DE NOS ESSAIS NOUS A PERMIS DE RETROUVER CERTAINES TENDANCES DEJA OBSERVEES EXPERIMENTALEMENT DANS LA LITTERATURE ET NOTAMMENT UNE AUGMENTATION DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE PORES AVEC: LA TENEUR INITIALE EN HYDROGENE DISSOUS, UNE MICROSTRUCTURE PLUS GROSSIERE, UNE PRESSION EXTERIEURE PLUS FAIBLE. AU VU DE CES RESULTATS, NOUS AVONS ALORS ADOPTE UNE APPROCHE THERMODYNAMIQUE OU NOUS AVONS MONTRE NOTAMMENT QUE, DANS L'INTERVALLE DE SOLIDIFICATION DES ALLIAGES D'ALUMINIUM, LA DIMINUTION DE LA TEMPERATURE ET L'ENRICHISSEMENT EN SOLUTE DU LIQUIDE RESIDUEL PEUVENT DIMINUER CONSIDERABLEMENT LA SOLUBILITE DE L'HYDROGENE. DANS CES CONDITIONS, LA FORMATION DES MICROPOROSITES PEUT AVOIR LIEU DANS LES PREMIERS STADES DE LA SOLIDIFICATION OU LES PERTES DE PRESSION ASSOCIEES AU RETRAIT DE SOLIDIFICATION SONT ALORS NEGLIGEABLES. NOTRE ETUDE A ABOUTI A LA DEFINITION D'UN MODELE ANALYTIQUE DE PREDICTION DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE PORES SE CARACTERISANT PAR LES DEUX ETAPES SUIVANTES: 1) LA DETERMINATION DE LA FRACTION SOLIDE CRITIQUE A PARTIR DE LAQUELLE LA FORMATION DES MICROPOROSITES DEVIENT THERMODYNAMIQUEMENT POSSIBLE, 2) LE CALCUL DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE PORES A PARTIR DE LA RESOLUTION DU BILAN DE MASSE POUR L'HYDROGENE. NOTRE APPROCHE PEUT ETRE UTILISEE POUR D'AUTRES ALLIAGES D'ALUMINIUM ET/OU DANS DES CONDITIONS DE SOLIDIFICATION PLUS COMPLIQUEES
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Les procédés de mise en forme de tôles minces sont très largement répandus dans l’industrie. Néanmoins, l’utilisation de ces procédés est limitée par le niveau de formabilité du matériau formé, notamment dans le cas des alliages d’aluminium. Afin d’améliorer ces limites de formabilité, des procédés de mise en forme à chaud peuvent être envisagés. L’objectif de cette thèse est d’étudier à l’aide d’approches expérimentale et numérique l’effet de la température et de la vitesse de déformation sur la formabilité des tôles en alliage d’aluminium AA5086 et de proposer une modélisation capable de prédire ces effets. Une campagne d’essais a été réalisée sur ce matériau à partir d’un essai d’emboutissage de type Marciniak. Des courbes limites de formage (CLF) ont été établies sur une plage de température allant de l’ambiant jusqu’à 200°C et pour des vitesses de déformation allant du quasi-statique à 2s-1. Des effets, positif de la température et négatif de la vitesse de déformation sur la formabilité ont été mis en évidence. La prise en compte des effets de la température et de la vitesse de déformation dans les modèles prédictifs des CLF, qu’ils soient analytiques ou numériques, est à ce jour très limitée. Dans ce travail, un modèle numérique prédictif basé sur la simulation par éléments finis du modèle géométrique de Marciniak et Kuczynski (M-K) est proposé. Les déformations limites obtenues avec de ce modèle sont très sensibles à la description du comportement thermo-viscoplastique du matériau et à la calibration du défaut géométrique pilotant l’apparition de la striction dans le modèle M-K. Des essais de traction uniaxiale réalisés dans les mêmes conditions opératoires que les essais de mise en forme de Marciniak ont permis d’identifier des lois d’écrouissage de nature très différentes (rigidifiante, saturante ou mixte). Ces lois conduisent à des prédictions très différentes de la formabilité du matériau pour une valeur donnée du défaut géométrique du modèle EF M-K. Différentes stratégies de calibration de la taille de ce défaut initial ont été envisagées. L’utilisation du point expérimental de la CLF correspondant à des conditions de déformation plane permet de calibrer de manière satisfaisante la valeur de ce défaut. Cette procédure de calibration a été appliquée pour l’ensemble des lois identifiées. Les lois de nature rigidifiante de type Ludwick se sont montrées les plus effficaces alors que les lois saturante de type Voce se sont avérées incapables de prédire la formabilité du matériau pour certaines conditions opératoires. Finalement, il est démontré qu’une valeur constante du défaut géométrique ne peut être retenue pour l’ensemble des conditions opératoires étudiées même si le modèle M-K s’est avéré assez efficace pour représenter l’effet de la température plutôt que celui de la vitesse de déformation.
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Cette thèse s'inscrit dans le projet PRINCIPIA (PRocédés INdustriels de Coulée Innovants Pour l'Industrie Aéronautique) de l'ANR MATETPRO (Matériaux et Procédés pour des Produits Performants). L'objectif de ce projet est la promotion de nouveaux alliages aluminium-cuivre-lithium à destination de l'industrie aéronautique afin d'apporter une alternative aux composites. Cependant, ces alliages sont sujet à une importante porosité pour deux raisons : une forte solubilité à l'hydrogène et une facilité d'oxydation. Dans ce projet, le but de la thèse était d'établir un modèle de prédiction de la porosité à l'échelle du produit. La porosité se forme lors de la solidification de l'alliage à cause d'une plus faible solubilité de l'hydrogène dans le solide. La teneur en hydrogène dans la phase liquide va augmenter par ségrégation et provoquer la nucléation des pores. Il est donc nécessaire de prendre en compte la solidification dans la modélisation de la porosité. De plus, la composition locales modifie la cinétique de croissance des pores et la microstructure exerce une contrainte mécanique sur les pores qui modifie leur équilibre chimique. Après une première partie consacrée à améliorer les connaissances sur les phénomène de transport dans la coulée semi-continue d'aluminium, nous avons modélisé la formation de porosité en se basant sur les modèles disponibles. Le modèle a reproduit l'inhomogénéité de la porosité observée expérimentalement sur une plaque d'alliage aluminium-magnésium. L'analyse nous a montré que la limitation de la croissance par le temps de diffusion de l'hydrogène était responsable de ce profil particulier. La densité volumique des pores est critique pour la limitation de la croissance par la diffusion de l'hydrogène. En fonction de la densité, la croissance passe d'une croissance limitée à une croissance non limitée.
Author: Marie Bedel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Lors de la solidification d'un alliage métallique, des hétérogénéités de composition en éléments d'alliage et des hétérogénéités de taille des structures apparaissent. La modélisation est un outil précieux dans la maitrise de la formation de ces hétérogénéités, qui sont incompatibles avec les exigences industrielles. Au niveau international, le code de calcul SOLID est l'unique code de solidification permettant la prise en compte simultanée de la germination, de la croissance et du transport des grains, de la convection naturelle et du retrait à la solidification à l'échelle industrielle. Le travail de thèse a pour but d'améliorer la description du couplage de la germination et de la croissance des grains dans ce modèle. La diffusion solutale, qui contrôle la croissance des grains, est ainsi modélisée par une longueur de diffusion prenant en compte à la fois l'avancée de l'interface grain-liquide et la convection de la phase liquide. A l'échelle microscopique, une troisième phase est également ajoutée afin d'améliorer la prédiction de la croissance des grains, notamment du développement de leur morphologie. Le modèle permet de prédire quantitativement la compétition entre germination et croissance à l'échelle microscopique. Le modèle est ensuite appliqué à des cas de coulée en lingot fixe et de coulée semi-continue afin d'étudier le couplage entre germination et croissance à l'échelle macroscopique, en présence de transport à la fois des grains, des germes et du soluté. Les prédictions du modèle sont comparées à des mesures expérimentales et permettent de mettre en évidence l'importance du transport, non seulement des grains mais également des germes, dans la formation des hétérogénéités. La prise en compte de la dendritisation des grains au cours de la solidification modifie également de façon importante les prédictions, même lorsque leur morphologie finale est globulaire.
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L'IMPREGNATION DE PREFORMES FIBREUSES PAR UN METAL EST UNE TECHNIQUE PROMETTEUSE ET DE MIEUX EN MIEUX MAITRISEE POUR L'ELABORATION DE MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE. CEPENDANT CE TYPE DE MATERIAUX EST ENCORE ASSEZ PEU UTILISE INDUSTRIELLEMENT EN PARTICULIER A CAUSE DES NOMBREUX DEFAUTS QUI APPARAISSENT AU COURS DE LA SOLIDIFICATION DU METAL AU SEIN DE LA PREFORME. DANS CE TRAVAIL NOUS PROPOSONS UNE SIMULATION NUMERIQUE DE L'APPARITION DES MICROPOROSITES AU COURS DE L'ELABORATION DE MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE PAR IMPREGNATION. APRES UNE INTRODUCTION OU NOUS RECENSONS LES PRINCIPALES METHODES DE PREDICTION DES DEFAUTS EN FONDERIE CLASSIQUE, NOUS PRESENTONS LES PHENOMENES PHYSIQUES PROPRES A L'APPARITION DE CAVITES LORS DE L'ELABORATION DES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE PAR IMPREGNATION. NOUS DECRIVONS ENSUITE LES ALGORITHMES QUE NOUS AVONS DEVELOPPES POUR SIMULER L'APPARITION DES MICROPOROSITES DUES AU RETRAIT. NOUS TESTONS L'INFLUENCE DE DIFFERENTS PARAMETRES (MASSELOTTAGE, VITESSE DE SOLIDIFICATION) SUR LA REPARTITION DES MICROPOROSITES. ENFIN NOUS PROPOSONS UNE VALIDATION EXPERIMENTALE DE LA METHODE NUMERIQUE
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LE COMPORTEMENT DYNAMIQUE DE PIECES DE LIAISON ENTRE LES ELEMENTS MECANIQUES ET LA STRUCTURE INFLUE BEAUCOUP SUR LE DEROULEMENT D'UN CHOC (INTRUSION D'ELEMENTS DANS L'HABITACLE, DECELERATION AU NIVEAU DES OCCUPANTS). AFIN D'OPTIMISER LES FONCTIONS DE CES PIECES, ON CHERCHE A MODELISER LEUR COMPORTEMENT LORS D'UN CHOC. L'ELEMENT QUI NOUS INTERESSE RELIE LA STRUCTURE AU GROUPE DE MOTO-PROPULSION. CES PIECES, SUPPORTS DE MOTEUR, SONT DE PLUS EN PLUS SOUVENT REALISEES EN ALLIAGES D'ALUMINIUM MOULE. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST LA MODELISATION DU COMPORTEMENT D'UN SUPPORT MOTEUR SOUS SOLLICITATION DYNAMIQUE. POUR CE FAIRE, IL EST NECESSAIRE DE BIEN CONNAITRE LE COMPORTEMENT ET LA RUPTURE DU MATERIAU, L'AS7G03 QUI EST UN ALLIAGE D'ALUMINIUM - SILICIUM MOULE. NOUS AVONS EXAMINE L'INFLUENCE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE DE L'ALLIAGE ET NOTAMMENT DU FER SUR LE COMPORTEMENT DU MATERIAU. LA STRUCTURE DE LA PIECE CONSIDEREE ETANT COMPLEXE, LES VITESSES DE REFROIDISSEMENT VARIENT D'UN POINT A L'AUTRE. IL EST DONC IMPORTANT D'ETUDIER L'INFLUENCE DE LA VITESSE DE SOLIDIFICATION SUR LA MICROSTRUCTURE DU MATERIAU ET DONC SUR SES PROPRIETES MECANIQUES. EN PLUS DES PARAMETRES DE FABRICATION, NOUS AVONS ETUDIE DES PARAMETRES MECANIQUES, A SAVOIR L'EFFET DES CHARGEMENTS MULTIAXIAUX AINSI QUE L'EFFET DE LA VITESSE DE CHARGEMENT. POUR CONNAITRE L'INFLUENCE DE CHARGEMENTS MULTIAXIAUX, NOUS AVONS REALISE DES EPROUVETTES AXISYMETRIQUES ENTAILLEES. ELLES NOUS ONT PERMIS DE DETERMINER QUE LE CRITERE DE RICE ET TRACEY EST BIEN ADAPTE A LA RUPTURE DE NOTRE MATERIAU. NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE LA VITESSE DE SOLLICITATION SUR LE COMPORTEMENT ET LA RUPTURE DU MATERIAU EN REALISANT DES ESSAIS A DIFFERENTES VITESSES, EN PARTICULIER A L'AIDE DU MONTAGE DES BARRES DE HOPKINSON EN COMPRESSION ET EN TRACTION. UN MEILLEUR MODE DE DEPOUILLEMENT DES ESSAIS DYNAMIQUES BASES SUR DES CALCULS PAR ELEMENTS FINIS A ETE MIS EN PLACE. DE PLUS, L'INSTRUMENTATION DES EPROUVETTES AXISYMETRIQUES ENTAILLEES A ETE AMELIOREE. DES INFORMATIONS SUR LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE ONT ETE OBTENUES A L'AIDE DE L'ESSAI DE TRACTION DE MINI EPROUVETTE DANS L'ENCEINTE D'UN MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE. L'ENDOMMAGEMENT DEBUTE AVEC LA RUPTURE DES PARTICULES DE SILICIUM, IL SE POURSUIT PAR LA CROISSANCE ET PAR LA COALESCENCE DE CES CAVITES. IL SE CREE DES MICROFISSURES. L'ENSEMBLE DE CES MICROFISSURES CROIENT JUSQU'A LA JONCTION DE PLUSIEURS MICROFISSURES QUI PROVOQUE LA RUINE DE LA MATIERE. CETTE DERNIERE ETAPE N'APPARAIT PAS DANS LE CHEMINEMENT CLASSIQUE DE LA RUPTURE DUCTILE. UNE TECHNIQUE POUR TESTER LES SUPPORTS MOTEURS REPRODUISANT AU MIEUX LE CHARGEMENT DE CETTE PIECE LORS D'UN CRASH TEST VEHICULE A ETE MIS AU POINT. NOUS AVONS ENSUITE MODELISE PAR ELEMENTS FINIS CET ESSAI EN UTILISANT LA LOI DE COMPORTEMENT ET LE CRITERE DE RUPTURE DE RICE ET TRACEY QUE NOUS AVONS DETERMINE AVEC LES ESSAIS SUR EPROUVETTES. CE CRITERE APPORTE UNE AMELIORATION DE LA PREDICTION DE RUPTURE PAR RAPPORT AU CRITERE DE MISES JUSQU'ALORS UTILISE. NOUS PREDISONS AVEC UNE BONNE PRECISION LE COMPORTEMENT AINSI QUE LA RUPTURE (LIEU ET NIVEAU D'EFFORT) DU SUPPORT MOTEUR.
Author: Jose Manuel Rozot
Author: Jose Manuel Rozot
Author: Mnaouar Chouchane
Author: David Carpentier
Author: XingRong Chu
Author: Laurent Heyvaert
Author: Frédéric Michel
Author: Marie Bedel
Author: Olivier Mantaux
Author: JEAN-LUC.. DOUZIECH