Modélisation tridimensionnelle par éléments finis pour l'analyse thermo-mécanique du refroidissement des pièces coulées

par Olivier Jaouen

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Michel Bellet.

Soutenue en 1998

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Le présent travail se situe dans le cadre de l'analyse thermo-mecanique de la solidification par éléments finis des pièces coulées. Il fait suite à de précédentes études ayant donne lieu à l’écriture d'un premier modèle tridimensionnel permettant déjà de simuler le refroidissement d'une pièce de fonderie d'un point de vue thermique dans l'ensemble des composants du système et mécanique dans la pièce. Cependant, au vu des phénomènes macroscopiques intervenant lors de la solidification, il apparaît que l’hypothèse préliminaire des moules rigides est mise en défaut notamment dans le cas de pièces massives. Une partie de notre travail a donc consiste en l'implantation d'un couplage entre la pièce et les différents composants du moule permettant ainsi de prendre en compte leurs interactions. Ce couplage est base sur une gestion du contact par méthode de pénalisation intégrée avec transfert des contraintes par interpolation. Il a été valide par rapport a des résultats expérimentaux et semi analytiques. D'autre part, l’hypothèse de quasi staticité de la partie liquide de la pièce est-elle aussi mise en défaut par le phénomène de convection naturelle. Afin de parfaitement capter ce phénomène, l'implantation d'une loi de comportement viscoplastique dans la partie liquide de la pièce a été effectuée amenant à un couplage de loi de comportement au sein de la pièce. Ceci a été possible par une gestion particulière de l’élément fini p1+/p1 adapté aux deux lois, viscoplastique et élasto-viscoplastique. Par ailleurs, les mouvements de matière, mettant à mal la formulation lagrangienne réactualisée, ont été traites par une formulation eulerienne-lagrangienne. Les mouvements du maillage sont ainsi dissociés de ceux de la matière permettant la modélisation des boucles de convection tout en assurant un suivi des mouvements de surface libre. Afin de diminuer les temps de calcul, une gestion du pas de temps basée sur un estimateur a posteriori de l’équation de la chaleur a été mise en place et a permis un gain de temps significatif. Les développements ont été valides sur des cas académiques et industriels, montrant une bonne corrélation qualitative et quantitative.

  • Titre traduit

    Three-dimensional modeling by finite elements for the thermomechanical analysis of the cast parts cooling


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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [181-187], 100 réf.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
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  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : EMP. 147.087 CCL. TH. 924
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