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Simulation 3d Elements Finis Des Macrosegragations En Peau Induites Par Deformations Thermomecaniques Lors De La Solidification Dalliages Metalliques
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Book Synopsis Simulation 3D éléments finis des macroségragations en peau induites par déformations thermomécaniques lors de la solidification d'alliages métalliques by : Benjamin Rivaux
Download or read book Simulation 3D éléments finis des macroségragations en peau induites par déformations thermomécaniques lors de la solidification d'alliages métalliques written by Benjamin Rivaux and published by . This book was released on 2011 with total page 208 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les macroségrégations sont des hétérogénéités de répartition des espèces chimiques en peau ou à coeur des produits sidérurgiques. Ces macroségrégations peuvent engendrer de sévères problèmes dans la chaîne de transformation aval. Contrairement à la plupart des études qui s'intéressent aux macroségrégations centrales, nos travaux portent sur la simulation des macroségrégations en peau induites par déformations thermomécaniques. La simulation a été construite en trois étapes. La première étape consiste à simuler la macroségrégation en l'absence de toute déformation du solide, c'est-à-dire à solide fixe et rigide. La deuxième étape, indépendante de la première, revient à calculer uniquement la déformation du solide. Enfin, la dernière étape correspond à la réunion des deux premières. Les équations du problème sont résolues grâce à la méthode des éléments finis à laquelle sont adjointes des méthodes de stabilisation. Pour chacune des étapes, les simulations se basent sur des expériences. Pour la première étape, la validation s'appuie sur l'expérience de Hebditch & Hunt. Les résultats numériques et expérimentaux concordent. L'expérience qui sert de point de comparaison pour la deuxième étape est l'expérience de la déformation d'une goutte de métal liquide lors de son refroidissement par une plaque en cuivre. Cette expérience a été mise en place par un des partenaires du projet et s'est déroulée en microgravité. La déformation numérique obtenue suit la même tendance que celle de l'expérience mais avec une intensité inférieure. La dernière étape s'est appuyée sur l'expérience de refroidissement pulsé d'un lingot effectuée par El-Bealy. La simulation prévoit des variations de ségrégation mais n'arrive pas à capter toutes les variations expérimentales, conséquences de la déformation du solide. Des calculs sans thermomécanique montrent que notre simulation semble moins sensible à la déformation que l'expérience. L'ensemble des simulations a mis en jeu des alliages binaires. Un cas de solidification d'alliage ternaire sans déformation du solide a été simulé.
Book Synopsis Modélisation 3D par éléments finis de la macroségrégation lors de la solidification d'alliages binaires by : Sylvain Gouttebroze
Download or read book Modélisation 3D par éléments finis de la macroségrégation lors de la solidification d'alliages binaires written by Sylvain Gouttebroze and published by . This book was released on 2005 with total page 252 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette thèse a pour objectif d’étudier la modélisation et la résolution numérique de la macroségrégation pendant la solidification de lingots d’alliages métalliques binaires. La macroségrégation est une hétérogénéité de la concentration en éléments d’alliages à l’échelle du lingot. Ces changements de concentration affectent de manière importante les propriétés mécaniques et chimiques du matériau. Il est donc essentiel de pouvoir prédire ces hétérogénéités pour assurer la qualité des lingots.Après avoir décrit le contexte tant industriel que bibliographique de ce travail, nous préciserons les modèles implémentés dans le code de calcul THERCAST, un logiciel de solidification développé au CEMEF. La description des équations macroscopiques employées sera précédée d’une discussion sur la manière de valider la modélisation de la macroségrégation. Nous aborderons ensuite la théorie du remaillage adaptatif et nous décrirons les éléments essentiels de la stratégie de remaillage développée dans le cadre de cette thèse. Ces modèles seront appliqués à la simulation de la solidification de plusieurs lingots. La validation se fera sur un lingot de petite taille par comparaison avec des résultats expérimentaux et des simulations avec d’autres logiciels. Ensuite nous analyserons en détail les prédictions de THERCAST sur un lingot plan, un lingot 3D similaire à un lingot industriel et finalement un lingot plus petit qui nous permettra une étude numérique plus complète.Les limitations de notre modélisation et les phénomènes qu’elle a permis de mettre en évidence seront discutés et permettront de définir quelques orientations intéressantes pour poursuivre cette étude de la macroségrégation
Book Synopsis Développement d'un modèle 3D Automate Cellulaire-Éléments Finis (CAFE) parallèle pour la prédiction de structures de grains lors de la solidification d'alliages métalliques by : Tommy Carozzani
Download or read book Développement d'un modèle 3D Automate Cellulaire-Éléments Finis (CAFE) parallèle pour la prédiction de structures de grains lors de la solidification d'alliages métalliques written by Tommy Carozzani and published by . This book was released on 2012 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La formation de la structure de grains dans les métaux pendant la solidification est déterminante pour les propriétés mécaniques et électroniques des pièces coulées. En plus de la texture donnée au matériau, la germination et la croissance des grains sont liées en particulier avec la formation des phases thermodynamiques et les inhomogénéités en composition d'éléments d'alliage. La structure de grains est rarement modélisée à l'échelle macroscopique, d'autant plus que l'approximation 2D est très souvent injustifiée. Dans ces travaux, la germination et la croissance de chaque grain individuel sont suivies avec un modèle macroscopique 3D CAFE. La microstructure interne des grains n'est pas explicitement résolue. Pour valider les approximations faites sur cette microstructure, une comparaison directe avec un modèle microscopique "champ de phase" a été réalisée. Celle-ci a permis de valider les hypothèses de construction du modèle CAFE, de mettre en avant le lien entre données calculées par les modèles microscopiques et paramètres d'entrée des modèles à plus grande échelle, et les domaines de validité de chaque modèle. Dans un deuxième temps, un couplage avec la ségrégation chimique et les bases de données thermodynamiques a été mise en place et appliquée sur un alliage binaire étain-plomb. Une expérience de macroségrégation par convection naturelle a été simulée. L'accord entre les courbes de température expérimentales et simulées atteint une précision de l'ordre de 1K, et la recalescence est correctement prédite. Les cartes de compositions sont comparables qualitativement, ainsi que la structure de grains. Les avantages du suivi de la structure ont été mis en évidence par rapport à une simulation par éléments finis classique. De plus, il a été montré que le calcul 3D était ici indispensable. Enfin, une implémentation parallèle optimisée du code a permis d'appliquer le modèle CAFE à un lingot de silicium polycristallin industriel de dimensions 0,192 x 0,192 x 2,08m, avec une taille de cellules de 250μm. Au total, 4,9 milliards de cellules sont représentées sur le domaine, et la germination et la croissance de 1,6 million de grains sont suivies.
Book Synopsis SIMULATION NUMERIQUE PAR ELEMENTS FINIS EN 3D DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE AU COURS DU TRAITEMENT THERMIQUE D'ACIERS by : CHARLES.. ALIAGA
Download or read book SIMULATION NUMERIQUE PAR ELEMENTS FINIS EN 3D DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE AU COURS DU TRAITEMENT THERMIQUE D'ACIERS written by CHARLES.. ALIAGA and published by . This book was released on 2000 with total page 185 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: CE TRAVAIL PORTE SUR LE DEVELOPPEMENT D'UN OUTIL DE SIMULATION NUMERIQUE DU TRAITEMENT THERMIQUE DES ACIERS. LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN PROCEDE AUSSI COMPLEXE NECESSITE LA COMPREHENSION DE LA THERMIQUE, DE LA MECANIQUE ET DE LA METALLURGIE AINSI QUE DE LEURS INTERACTIONS PENDANT TOUT LE REFROIDISSEMENT. CETTE ETUDE SE TROUVE AU CARREFOUR DE PLUSIEURS DISCIPLINES COMME LE NUMERIQUE, LA MECANIQUE ET LA METALLURGIE. DANS LE BUT DE REALISER UNE ETUDE COMPLETE, CETTE ETUDE FAIT SUITE A DE PRECEDENTS TRAVAUX DANS CHACUNE DES DISCIPLINES NOMMEES, ET A POUR BUT DE FAIRE CONVERGER LES CONNAISSANCES DANS CES DOMAINES POUR REALISER L'ENSEMBLE DES COUPLAGES NECESSAIRES POUR UNE REPRESENTATION REALISTE DU PROCEDE. C'EST TOUT NATURELLEMENT QUE CE TRAVAIL SE DECOMPOSE PRINCIPALEMENT EN TROIS PARTIES : PREMIEREMENT LES METHODES NUMERIQUES EMPLOYEES POUR LA RESOLUTION DU PROBLEME THERMOMECANIQUE SONT DECRITES. LE MODELE THERMOMECANIQUE REPOSE SUR UNE LOI DE COMPORTEMENT THERMO-ELASTO-VISCOPLASTIQUE ADDITIVE A ECROUISSAGE ISOTROPE ET CINEMATIQUE. LE MODELE ELEMENTS FINIS EST BASE SUR UN TRAITEMENT ORIGINAL DE L'ELEMENT P1+/P1 DANS LE BUT DE REDUIRE LE TEMPS DE CALCUL TOUT EN CONSERVANT L'ORDRE D'INTERPOLATION DE L'ELEMENT. LE COUPLAGE THERMOMECANIQUE EST UN COUPLAGE ALTERNE PAR INCREMENT DE TYPE GAUSS-SEIDEL. CE COUPLAGE EST GERE PAR UNE GESTION AUTOMATIQUE DU PAS DE TEMPS POUR ASSURER LA CONVERGENCE GLOBALE DU SYSTEME. DANS UNE DEUXIEME ETAPE, NOUS AVONS INTEGRE UN MODELE DE CALCUL DES EVOLUTIONS DES CINETIQUES DE TRANSFORMATION DE PHASES AU COURS DU REFROIDISSEMENT DE PIECES PRESENTANT UN GRADIENT DE TENEUR EN CARBONE. FINALEMENT, NOUS AVONS DEVELOPPE LES COUPLAGES METALLURGIE-THERMOMECANIQUE, ET L'ENSEMBLE DE CES INTERACTIONS EST VALIDE SUR DES GEOMETRIES CYLINDRIQUES. ENFIN, AU DERNIER CHAPITRE NOUS PRESENTONS LA CONFRONTATION MODELE-EXPERIENCE SUR DEUX TYPES D'APPLICATION. PREMIEREMENT DANS LE CAS DE REFROIDISSEMENT NATUREL D'UN COUPON DE RAIL, ET DEUXIEMEMENT SUR LA TREMPE D'UN PIGNON AUTOMOBILE CEMENTE. LA STRATEGIE DU MODELE COUPLE PERMET D'ENVISAGER DES SIMULATIONS POUR DES CAS INDUSTRIELS DE LA PHASE DE REFROIDISSEMENT ET DE TREMPE DU PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE.
Book Synopsis Étude des macroségrégations induites par le retrait et la déformation thermomécanique lors de la solidification de la peau des produits sidérurgiques by : Ngadia Tahane Niane
Download or read book Étude des macroségrégations induites par le retrait et la déformation thermomécanique lors de la solidification de la peau des produits sidérurgiques written by Ngadia Tahane Niane and published by . This book was released on 2004 with total page 162 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Des expressions mathématiques du taux de ségrégation se produisant pendant la solidification d'un alliage avec la déformation spongieuse de la zone pâteuse ont été dérivées des analyses classiques de bilan de matière [LesO3]. Les frontières du domaine considéré pour les bilans de matière se déforment avec la même vitesse que la phase solide: le repère de référence est attachée à la phase solide. Les trois variables requises pour décrire amplement la ségrégation dans une approche "lagrangienne" sont la masse du solide dans le domaine, le volume du domaine et la vitesse relative du liquide par rapport au solide. Le résultat principal est une expression mathématique pour le taux local de macroségrégation. L'analyse est encore prolongée pour produire une expression pour le taux local de microségrégation qui peut être comparé à une expression précédemment proposée [Fle67]. Il s'avère qu'un terme additionnel entre dans notre expression. Ce terme est proportionnel au taux local de la vitesse de déformation multiplié par le rapport de la fraction volumique du solide sur la fraction volumique du liquide. On s'attend à ce que ce terme devienne dominant quand la zone pâteuse est très développée (grande valeur du rapport) et quand la vitesse de défonnation peut être transmise dans la zone cohérente qui se déforme comme une éponge. Toujours, l'origine des restes de déformation arbitraires et les expressions dérivées pourraient être employées pour mesurer la ségrégation due à la contraction thermique des phases liquide et solide, le retrait est associé aux transformations de phase, et/ou à la déformation mécanique du domaine. Une expression mathématique pour le taux local de macroségrégation est combinée avec un modèle numérique unidimensionnel 'de l'écoulement de la chaleur précédemment développé pour l'étude de la solidification dirigée avec surfusion de la zone pâteuse en utilisant une approche Eulérienne [GanOO]. La vitesse de déformation locale est déduite d'une analyse thermomécanique simple. Il donne accès à la vitesse absolue de la phase solide dans la zone pâteuse située en dessous d'une température donnée, connue sous le nom de la température de cohérence. La valeur de cette dernière est arbitrairement fixée. Cette vitesse de la phase solide va nous permettre de calculer l'écoulement du liquide dû au retrait et à la contraction des phases solide et liquide via l'équation de conservation de la masse totale. En conclusion, les champs de température, de vitesse relative des phases solide et liquide et de composition moyenne sont déduits en utilisant un algorithme itératif de convergence fortement couplé. En plus de la ségrégation inverse près du refroidisseur et de la ségrégation négative à l'extrémité du lingot due à la formation de la porosité [Rou95], la ségrégation induite par la déformation et la surfusion devant le front de croissance colomnaire sont décrites par le modèle. L'application à la solidification de la peau des pièces coulées en acier est bien conforme aux observations expérimentales (quantitativement).
