Modélisation et simulation numérique du comportement thermomécanique d'alliages métalliques PDF Download
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ON PROPOSE DE NOUVELLES LOIS DE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUES PERMETTANT DE MIEUX RENDRE COMPTE DES PHENOMENES ENERGETIQUES ET THERMIQUES LORS DE PROCESSUS QUASI-STATIQUE DE DEFORMATION DE MATERIAUX METALLIQUES. ON CHOISIT DE PRENDRE LES PARAMETRES D'ECROUISSAGE FONCTION DES FORCES THERMODYNAMIQUES CE QUI DIFFERE DU CHOIX CLASSIQUE OU LES PARAMETRES SONT LES FORCES ELLES-MEMES. CES NOUVELLES LOIS SONT INTEGREES DANS UN MODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS, PERMETTANT DE DETERMINER EN PETITES TRANSFORMATIONS LES CHAMPS DE DEPLACEMENT, DE DEFORMATION ET DE CONTRAINTE, AINSI QUE LES QUANTITES DE CHALEUR MISES EN JEU LORS DE SOLLICITATIONS MECANIQUES COMPLEXES. LES PREVISIONS MECANIQUES, ENERGETIQUES ET THERMIQUES DE CES NOUVEAUX MODELES ET DES MODELES CLASSIQUES SONT CONFRONTES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX ACQUIS LORS D'ESSAIS CYCLIQUES A DEFORMATION IMPOSEE SUR TROIS ALLIAGES CLASSIQUES. LES NOUVELLES LOIS DONNENT UNE MEILLEURE APPROCHE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX
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ON PROPOSE DE NOUVELLES LOIS DE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUES PERMETTANT DE MIEUX RENDRE COMPTE DES PHENOMENES ENERGETIQUES ET THERMIQUES LORS DE PROCESSUS QUASI-STATIQUE DE DEFORMATION DE MATERIAUX METALLIQUES. ON CHOISIT DE PRENDRE LES PARAMETRES D'ECROUISSAGE FONCTION DES FORCES THERMODYNAMIQUES CE QUI DIFFERE DU CHOIX CLASSIQUE OU LES PARAMETRES SONT LES FORCES ELLES-MEMES. CES NOUVELLES LOIS SONT INTEGREES DANS UN MODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS, PERMETTANT DE DETERMINER EN PETITES TRANSFORMATIONS LES CHAMPS DE DEPLACEMENT, DE DEFORMATION ET DE CONTRAINTE, AINSI QUE LES QUANTITES DE CHALEUR MISES EN JEU LORS DE SOLLICITATIONS MECANIQUES COMPLEXES. LES PREVISIONS MECANIQUES, ENERGETIQUES ET THERMIQUES DE CES NOUVEAUX MODELES ET DES MODELES CLASSIQUES SONT CONFRONTES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX ACQUIS LORS D'ESSAIS CYCLIQUES A DEFORMATION IMPOSEE SUR TROIS ALLIAGES CLASSIQUES. LES NOUVELLES LOIS DONNENT UNE MEILLEURE APPROCHE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX
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Les métaux à l'état semi-solide présentent un comportement rhéofluidifiant caractérisé par une forte chute de la viscosité avec la vitesse de déformation facilitant le remplissage des matrices lors de la mise en forme. L'exploitation de ce comportement donne lieu à un procédé de mise en forme appelé « thixoforgeage ». L'état semi-solide est obtenu en refusion partielle à partir de l'état solide et la fraction de solide est supérieure à 0.8. Les plus hautes températures mises en jeu dans le cas des matériaux à haut point de fusion comme les aciers rendent la maîtrise du procédé plus complexe. Cependant, les travaux antérieurs sur le thixoforgeage d'aciers ont montré le potentiel de ce procédé pour réduire la consommation en matière première et en énergie. La thèse s'inscrit dans le cadre du projet TACA «Thixoforgeage d'Aciers pour la fabrication de Composants Automobiles» piloté par l'IRT-M2P. Il ambitionne le développement industriel du thixoforgeage des aciers pour la fabrication de pièces automobiles. La maîtrise et le développement du thixoforgeage nécessite une bonne connaissance du comportement mécanique du matériau à l'état semi-solide et le développement d'outils de simulation numérique adaptés. Ce travail de thèse a pour objectifs de (i) caractériser expérimentalement le comportement thermomécanique des aciers à l'état semi-solide, (ii) développer un modèle de comportement destiné à être implanté dans le logiciel FORGE® pour simuler le thixoforgeage. Une attention particulière a été portée sur le comportement en traction pour caractériser l'intervalle de température dans lequel le matériau devient très sensible à la fissuration à chaud. Des essais en traction menés à différentes températures ont permis de déterminer la température à partir de laquelle la résistance et la ductilité du matériau chutent drastiquement. Les mécanismes conduisant à ces chutes ont été identifiés et sont conformes à ceux décrits dans la littérature. Un modèle basé sur une approche d'homogénéisation qui prend en compte explicitement le rôle mécanique des phases liquide et solide a été développé. Ce modèle repose sur une approche viscoplastique établie antérieurement puis enrichie afin (i) d'intégrer le comportement élastique du squelette solide saturé en liquide et (ii) distinguer les évolutions de distribution spatiale des phases liquide et solide selon le trajet de chargement en traction ou en compression. Il permet de décrire avec succès, pour la première fois, les trois stades de la réponse mécanique en traction (augmentation, stabilisation puis chute de la contrainte en fonction du déplacement). Le modèle a ensuite été implanté dans le code éléments finis FORGE®. Les simulations des essais de traction GLEBBLE ont permis d'identifier les paramètres du modèle. Des comparaisons des résultats expérimentaux et numériques ont permis de reproduire des phénomènes de localisation de la déformation réelle. Après la validation sur des essais de traction, des simulations de procédés de thixoforgeage industriel, tels que le forgeage de U, ont été étudiées et comparées aux résultats expérimentaux réalisés sur la plateforme Vulcain de l'ENSAM de Metz. Un critère permettant de définir des zones sensibles à la fissuration à chaud a été proposé. La comparaison avec des observations expérimentales a montré que ce critère constitue une première approche encourageante pour prédire les zones de fragilité de la pièce en thixoforgeage.
Author: SAANOUNI Khemais Publisher: Lavoisier ISBN: 2746282259 Category : Languages : en Pages : 578
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Cet ouvrage fait le point sur les méthodes actuelles les plus performantes pour modéliser, simuler et optimiser les procédés de mise en forme des structures minces et massives et d'en donner les tendances des nouvelles méthodes innovantes actuellement en cours de développement et qui feront à n'en pas douter les "outils" industriels de demain dans le domaine du formage virtuel. Par rapport aux ouvrages récents dédiés aux méthodes numériques en mise en forme, le principal apport de ce livre se trouve rassemblé au deuxième chapitre qui concerne le développement des modèles de comportement multiphysiques à fortes capacités prédictives, utilisables dans les codes de calcul des structures pour simuler et optimiser tous types de procédés de mise en forme par grandes déformations irréversibles de structures métalliques minces et/ou massives et leur "optimisation" vis-à-vis de l'avènement de l'endommagement ductile.
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ETUDE EXPERIMENTALE SUR LES ALLIAGES AL-LI SOUMIS A DES ESSAIS DE TRACTION ET DE COMPRESSION POUR DES VITESSES DE DEFORMATION COMPRISES ENTRE 10**(-4) ET 310**(3) S**(-1) ET DE 10**(-3) A 210**(3) S**(-1) RESPECTIVEMENT. AUPARAVANT CES ALLIAGES ONT ETE TRAITES THERMIQUEMENT. ANALYSE DE LA SENSIBILITE A LA VITESSE DE DEFORMATION. INFLUENCE DU MECANISME D'ACTIVATION THERMIQUE SUR LE PROCESSUS DE DEFORMATION. DETERMINATION DU MODE DE RUPTURE. ANALYSE DES FACIES DE RUPTURE POUR LES ECHANTILLONS DEFORMES EN TRACTION ET DE LA FORMATION DES CELLULES DE DISLOCATION DANS CEUX DEFORMES EN COMPRESSION. SIMULATION NUMERIQUE DU PROCESSUS DE PENETRATION A GRANDE VITESSE D'UNE CIBLE MINCE PAR UN PROJECTILE CIRCULAIRE EN UTILISANT UN MODELE DE FLUIDE ELASTO-PLASTIQUE. COMPARAISON AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX
Author: Alexis Lagarde Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 0306469480 Category : Science Languages : en Pages : 673
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The request to organize under its patronage at Poitiers in 1998 a Symposium entitled “Advanced Optical Methods and Applications in Solid Mechanics” by the International Union of Theoretical and Applied Mechanics (I.U.T.A.M.) was well received for the following two reasons. First, for nearly 20 years no Symposium devoted to optical methods in solids had been organized. Second, recent advances in digital image processing provided many new applications which are described in the following. We have the honour to present here the proceedings of this Symposium. st th The Symposium took place from august 31 to September 4 at the Institut International de la Prospective in Futuroscope near Poitiers. A significant number of internationally renowned specialists had expressed their wish to participate in this meeting. The Scientific Committee proposed 16 general conferences and selected 33 regular lectures and 17 poster presentations. Papers corresponding to posters are not differentiated in the proceedings from those that were presented orally. It is worth noting that a total of 80 participants, representing 16 countries, registered for this symposium.. The Scientific Committee deserves praise for attracting a significant number of young scientists, both as authors and as participants. Let us add our warm acknowledgements to Professor J.W. Dally and to Professor A.S. Kobayashi who, throughout the symposium preparation time, brought us valuable help.
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La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé.
Author: Charles Petry Publisher: ISBN: 9782110959409 Category : Languages : fr Pages : 238
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Les chargements thermomécaniques caractéristiques des moteurs de fusée sont souvent complexes et induisent, en particulier, des fluctuations rapides et importantes de la température. Dans ce contexte, la qualification du comportement des matériaux métalliques requiert la mise en oeuvre d'une approche cohérente avec les différentes réponses observées expérimentalement sur une large gamme de température. Celle ci est appliquée, dans notre étude, à la modélisation du comportement élasto viscoplastique et de l'endommagement de deux alliages utilisés dans l'industrie aérospatiale : l'Inconel 600 et le Narloy Z. Les spécificités relatives aux différentes étapes de caractérisation expérimentale, modélisation et identification des modèles sont explicitées, de façon à dégager les éléments de généralisation de la démarche. Ceci permet d'envisager l'application des différents résultats obtenus à des problématiques concrètes telles que la prédiction de la durée de vie de nouveaux composants
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LE PRESENT DOCUMENT EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE EXPERIMENTALE, THEORIQUE ET NUMERIQUE DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE D'UN ALLIAGE A MEMOIRE DE FORME INDUSTRIEL NITI. LE TRAVAIL EST CONSTITUE PRINCIPALEMENT DE TROIS PARTIES : VALIDATION DES HYPOTHESES DE BASE UTILISEES DANS LES LOIS DE COMPORTEMENT, REALISATION D'ESSAIS MECANIQUES POUR CARACTERISER LES COMPORTEMENTS FERROELASTIQUE ET SUPERELASTIQUE DU MATERIAU, ET MODELISATION TRIDIMENSIONNELLE APPLIQUEE AU CALCUL DE STRUCTURES. L'OBJECTIF D'UN TEL TRAVAIL EST DE FOURNIR A L'INGENIEUR DE BUREAU D'ETUDES UN OUTIL NUMERIQUE CAPABLE DE DIMENSIONNER DES PIECES DE STRUCTURES EN ALLIAGES A MEMOIRE DE FORME. LES LOIS DE COMPORTEMENT SONT ETABLIES A PARTIR D'HYPOTHESES PHYSIQUES, EN PARTICULIER CONCERNANT L'ORIGINE DE L'HYSTERESIS TANT THERMIQUE QUE MECANIQUE. CELLES-CI SONT VALIDEES A PARTIR D'EXPERIENCES REALISEES EN CISAILLEMENT SIMPLE EN FERROELASTICITE ET EN SUPERELASTICITE, SUR DES POLYCRISTAUX DE NITI, MAIS AUSSI SUR DES MONOCRISTAUX DE CUZNAL. DE PLUS, LES PREDICTIONS QUANTITATIVES DU MODELE SONT ALORS SATISFAISANTES. UNE CAMPAGNE D'ESSAIS HOMOGENES DE CARACTERISATION (TRACTION, COMPRESSION ET CISAILLEMENT) EST EFFECTUEE A DIFFERENTES TEMPERATURES. CES ESSAIS ONT ETE REALISES SUR DES TOLES AYANT ETE SOUMISES AU MEME TRAITEMENT THERMOMECANIQUE PREALABLE. ILS METTENT EN EVIDENCE LA COMPLEXITE DES PHENOMENES PHYSIQUES A MODELISER : COMPORTEMENT FORTEMENT NON LINEAIRE A HYSTERESIS, DEPENDANCE DES PROPRIETES CARACTERISTIQUES AVEC LA TEMPERATURE, DISSYMETRIE DE COMPORTEMENT ENTRE TRACTION ET COMPRESSION. LE SCHEMA CONSTITUTIF SOUS SA FORME TRIDIMENSIONNELLE EST ALORS IDENTIFIE A CES ESSAIS, ET MODELISE CORRECTEMENT LA MAJORITE DES COMPORTEMENTS OBSERVES. CE SCHEMA EST IMPLANTE DANS UN CODE DE CALCULS ELEMENTS FINIS ECRITS EN GRANDES TRANSFORMATIONS, QUI UTILISE LA NOTION DE COORDONNEES MATERIELLES ENTRAINEES. FINALEMENT, LA DEMARCHE DE MODELISATION EST VALIDEE : LES PREDICTIONS DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT COMPAREES AVEC DES EXPERIENCES METTANT EN EVIDENCE DES SOLLICITATIONS HETEROGENES, SOIT DE LOCALISATION OBSERVEE LORS DE TRACTION DE TOLE, SOIT DE FLEXION DE POUTRE.
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE RESIDE DANS LE RECHERCHE DE LOIS DE COMPORTEMENT POUR LA SIMULATION DU FORMAGE A CHAUD DE METAL A GRANDES VITESSES DE DEFORMATIONS. ON S'Y INTERESSE PLUS PARTICULIEREMENT A L'ETUDE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE DE L'ALUMINIUM 5083 A PARTIR D'ESSAIS A CHAUD SUR LE SYSTEME SHPB POUR L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES DE LA LOI DE COMPORTEMENT A GRANDES VITESSES DE DEFORMATION ET HAUTES TEMPERATURES.UNE NOUVELLE GEOMETRIE D'ECHANTILLON (DE TYPE HALTERE) EST PROPOSEE POUR FACILITER LE TEST SHPB A HAUTES TEMPERATURES. LA CAPACITE DE CET ECHANTILLON A MAINTENIR SA TEMPERATURE ENTRE LA COUPURE DU SYSTEME DE CHAUFFAGE ET L'IMPACT DU PROJECTILE, AVEC OU SANS CONTACT L'INSTANT DE PREALABLE AVEC LES BARRES, A ETE COMPAREE A CELLE DE L'ECHANTILLON CYLINDRIQUE A PARTIR D'EXPERIENCES ET DE SIMULATIONS PAR LA METHODE DES ELEMENTS-FINIS. LA FORME DE L'ECHANTILLON A ETE OPTIMISEE EN COMPARANT TOUS LES RESULTATS OBTENUS EXPERIMENTALEMENT ET PAR SIMULATION.LES PARAMETRES DES MODELES DE MATERIAU ONT ETE IDENTIFIES GRACE A DES DONNEES EXPERIMENTALES EN UTILISANT LA METHODE DE L'ANALYSE INVERSE. POUR LA VALIDATION DES MODELES DE MATERIAU, DES TESTS SHPB ONT ETE SIMULES A DIFFERENTES VITESSES DE DEFORMATION ET DIFFERENTES TEMPERATURES. LE CODE D'ELEMENTS FINIS ABAQUS/EXPLICITE A ETE UTILISE POUR CES SIMULATIONS. LA METHODE DE VALIDATION UTILISEE ICI A ETE DE COMPARER L'HISTORIQUE DES CONTRAINTES MESUREES PAR DES JAUGES SUR LES BARRES DE PRESSION AVEC CES MEMES CONTRAINTES OBTENUES PAR SIMULATION. EN CONCLUSION DE CE TRAVAIL, UN EXEMPLE D'APPLICATION SUR UN PROCEDE DE FORMAGE A CHAUD D'UN PANNEAU D'ALUMINIUM UTILISE DANS L'AERONAUTIQUE EST PRESENTE, SIMULE ET ETUDIE PAR UNE MODELISATION AUX ELEMENTS FINIS.
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LES PROPRIETES ELASTO-VISCOPLASTIQUES DE DEUX ALLIAGES D'ALUMINIUM ONT ETE DETERMINEES A PARTIR D'ESSAIS ISOTHERMES DE TRACTION / COMPRESSION DANS UN DOMAINE DE TEMPERATURES INTERESSANT LA CRIQUABILITE. LES MESURES DE MODULES D'YOUNG A DES FRACTIONS SOLIDES ELEVEES ONT ETE EXTRAPOLEES DANS L'INTERVALLE DE SOLIDIFICATION A PARTIR D'UN MODELE SEMI-EMPIRIQUE ISSU DE LA METALLURGIE DES POUDRES. UN ESSAI DE MESURE DE DEPLACEMENTS ET D'EFFORTS PENDANT LA SOLIDIFICATION A ETE DEVELOPPE. LA CONTRACTION PENDANT LA SOLIDIFICATION NE SEMBLE DEPENDRE QUE DE LA SEULE DILATATION THERMIQUE DU SQUELETTE SOLIDE. LA SIMULATION NUMERIQUE DU RETRAIT CONTRARIE DE L'EPROUVETTE AVEC LES PROPRIETES DETERMINEES LORS DES ESSAIS ISOTHERMES MONTRE UNE SURESTIMATION DE L'EFFORT CALCULE PAR RAPPORT A CELUI MESURE. UNE DIMINUTION DU MODULE D'YOUNG ATTRIBUEE A UNE DETERIORATION DE LA MICROSTRUCTURE PENDANT LA SOLIDIFICATION SOUS CONTRAINTE DE TRACTION A ETE CALCULEE A PARTIR DU MODELE PRECEDENT. L'EFFORT CALCULE A PARTIR CES NOUVELLES DONNEES MONTRE UN BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE. LES CARACTERISTIQUES A RUPTURE DE CES MEMES ALLIAGES ONT ETE MESUREES A PARTIR D'ESSAIS DE TRACTION ISOTHERMES. LA RUPTURE PARAIT ETRE INITIEE PAR UNE RUPTURE FRAGILE DES JOINTS DE DENDRITES. LA CONTRAINTE A RUPTURE VARIE SUIVANT L'INVERSE DE LA RACINE CARREE DE LA TAILLE CARACTERISTIQUE DE LA MICROSTRUCTURE (ESPACEMENT DENDRITIQUE SECONDAIRE). LA PROPAGATION DES MICROFISSURES INTERDENDRITIQUES DEPEND DE LA VITESSE DE DEFORMATION. ENFIN UN ESSAI DE MESURE DE COEFFICIENTS DE TRANSFERT THERMIQUE ET DE LAME D'AIR EN MOULE PERMANENT A ETE MODELISE. IL A PERMIS DE CARACTERISER L'EVOLUTION DES ECHANGES THERMIQUES AUX INTERFACES POUR LES ALLIAGES ETUDIES ET DE VALIDER LES PROPRIETES MATERIAUX PRECEDEMMENT MESUREES
Author: Nour-Eddine Malal
Author: Nour-Eddine Malal
Author: Khalil Traidi
Author: SAANOUNI Khemais
Author: XIAO-WEI.. ZHOU
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