Modelisation tridimensionnelle par elements finis pour l'analyse thermo-mecanique du refroidissement des pieces coulees

par OLIVIER JAOUEN

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Michel Bellet.

Soutenue en 1998

à Paris, ENMP .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Le present travail se situe dans le cadre de l'analyse thermo-mecanique de la solidification par elements finis des pieces coulees. Il fait suite a de precedentes etudes ayant donne lieu a l'ecriture d'un premier modele tridimensionnel permettant deja de simuler le refroidissement d'une piece de fonderie d'un point de vue thermique dans l'ensemble des composants du systeme et mecanique dans la piece. Cependant, au vu des phenomenes macroscopiques intervenant lors de la solidification, il apparait que l'hypothese preliminaire des moules rigides est mise en defaut notamment dans le cas de pieces massives. Une partie de notre travail a donc consiste en l'implantation d'un couplage entre la piece et les differents composants du moule permettant ainsi de prendre en compte leurs interactions. Ce couplage est base sur une gestion du contact par methode de penalisation integree avec transfert des contraintes par interpolation. Il a ete valide par rapport a des resultats experimentaux et semi analytiques. D'autre part, l'hypothese de quasi staticite de la partie liquide de la piece est elle aussi mise en defaut par le phenomene de convection naturelle. Afin de parfaitement capter ce phenomene, l'implantation d'une loi de comportement viscoplastique dans la partie liquide de la piece a ete effectuee amenant a un couplage de loi de comportement au sein de la piece. Ceci a ete possible par une gestion particuliere de l'element fini p1#+/p1 adapte aux deux lois, viscoplastique et elasto-viscoplastique. Par ailleurs, les mouvements de matiere, mettant a mal la formulation lagrangienne reactualisee, ont ete traites par une formulation eulerienne-lagrangienne. Les mouvements du maillage sont ainsi dissocies de ceux de la matiere permettant la modelisation 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 basee sur un estimateur a posteriori de l'equation de la chaleur a ete mise en place et a permis un gain de temps significatif. Les developpements ont ete valides sur des cas academiques et industriels, montrant une bonne correlation qualitative et quantitative.

  • Titre traduit

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


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  • Détails : 178 P.
  • Annexes : 100 REF.

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