Modélisation numérique des distorsions résiduelles de soudage de structures minces

par Yonggang Duan

Thèse de doctorat en Mécanique et ingéniérie

Sous la direction de Jean-Michel Bergheau.

Soutenue en 2007

à Saint-Etienne, EMSE .


  • Résumé

    Le soudage est une des techniques d'assemblage les plus utilisées dans les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile et de la construction navale. Un des principaux enjeux industriels est de limiter l'utilisation des outils de bridage de façon à réduire le coût et faciliter l'automatisation des lignes d'assemblage. Une façon de répondre à cette demande est de chercher à optimiser le procédé de soudage et la séquence de soudage. Cependant, l'optimisation expérimentale nécessite la mise en place de prototypes et de mesures coûteuses qui limitent le nombre de solutions pouvant être étudiées. La simulation par éléments finis peut être utilisée à cette fin, cependant elle est rendue difficile car, d'une part, elle met en jeu des phénomènes physiques complexes et, d'autre part, alors que des modèles locaux de la soudure sont généralement suffisants pour prédire les contraintes résiduelles, des modèles globaux sont nécessaires pour évaluer les distorsions. Ans cette thèse, une approche adaptative 3D/coque a été ainsi étudiée. Cette méthode consiste à déplacer un bloc d'éléments 3D avec la source de chaleur sur un maillage initialement constitué d'éléments de coque. Des éléments spécifiques (éléments de transition) sur les frontières du bloc, ont été pris en compte. Ensuite, une partie de cette thèse a été consacrée à une approche locale/globale, qui est proposée pour déterminer les distorsions résiduelles de soudage des structures de taille importante. Le principe de l'approche locale/globale et les problèmes proposés par cette approche ont été décrits. Enfin, une étude de la définition du modèle local, par simulations numériques et ainsi qu'une solution numérique sur un modèle simplifié, a été effectuée.

  • Titre traduit

    Umerical modelling of welding residual distortions of thin structures


  • Résumé

    Welding technology is one of the main joining techniques used in industry for parts assembly in aeronautics, automobiles and ships. One major industrial concern is to limit the use of clamping tools to reduce the cost and facilitate the automation of assembly lines. Optimization of the welding sequence and process is one way to reach this goal. However, experimental optimization requires prototyping and measurements which are extremely expensive and time consuming and finally, very few solutions can be used. Inite element simulations can be used in that aim but the difficulty is, on one hand, that welding processes involve complex physical phenomena and, on the other hand, that where local models are sufficient to predict stresses, only global 3D models can correctly evaluate distortions. N this thesis, a 3D/shell adaptive approach has been thus studied. This method consists in moving a block of 3D elements with the heat source over a mesh initially constituted by shell elements. Specific elements (transition elements) on the boundary of the 3D block have been taken into account. Hereafter, a part of this thesis has been devoted to a local/global approach, which is proposed to determine the welding residual distortions of large structures. The principle of the local/global approach and the problems raised by this approach have been described. Finally, a study of the definition of the local model, by numerical simulations as well as a numerical solution concerning a simplified model, has been carried out.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIII-176 p.)
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure des mines. Centre de documentation et d'information.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 671.56 DUA
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