Modélisation de l'étape de façonnage des tuiles en terre cuite

Modeling of forming step of clay tiles

• Auteur / Autrice : Jérémie Vignes
• Direction : Fabrice Schmidt, Gilles Dusserre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 12/12/2014
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader-Albi (2009-....) - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Agnès Smith
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Schmidt, Gilles Dusserre, Sandrine Thuillier, Luc Chevalier, Thierry Desoyer, Eric Weiland
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Thuillier, Luc Chevalier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tuiles

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Tribologie (technologie)

Argile

Mots clés libres

Argile

Rhéologie

Tribologie

Endommagement

Simulation numérique

Tuile

Clay

Rheology

Tribology

Damage

Numerical simulation

Tile

Résumé

Ces travaux de thèse, financés par la société TERREAL (convention CIFRE), ont pour objectif de modéliser l’étape de façonnage des tuiles en terre cuite. La mise en forme des tuiles est à l’origine d’un tiers du rebus. Les attentes industrielles autour de ce sujet sont doubles : comprendre les phénomènes générant les défauts et mettre en place un outil de simulation numérique permettant de prévoir l’influence des paramètres produits / procédés sur l’apparition des défauts. La démarche scientifique s’est orientée autour de trois axes : la modélisation du comportement rhéologique, l’identification du comportement aux interfaces, la détermination d’un critère de fissuration et des mécanismes générant les défauts. Le modèle rhéologique est déterminé par analyse inverse d’essais de compression libre. Des essais complémentaires (cisaillement, flexion,…) ont été réalisés pour étudier plus finement le comportement du matériau. Des mesures de champs de déformation par stéréo corrélation ont permis de valider les modèles numériques de ces essais. Des mesures effectuées avec un tribomètre rectiligne ont permis de déterminer des modèles de frottement aux différentes interfaces du procédé (argile/acier ; argile/caoutchouc ; caoutchouc/résine). Quatre critères de fissuration ont été étudiés. Un critère en cisaillement maximum s’est montré le plus pertinent pour modéliser l’initiation des fissures. Des essais de façonnage sur des géométries partielles de tuiles ont permis de valider les différents modèles de comportement identifiés et de comparer deux technologies d’outillage (rigide et déformable). La simulation numérique 3D a permis de prédire la majorité des défauts liés aux écoulements.

This PhD study was supported by the company TERREAL. The aim is to model the forming step of clay tiles. The industrial expectations around this topic were double: understand the phenomena leading to defect occurence and to put in place a numerical simulation tool which allows to predict the influence of the product / process variations. The scientific approach turned around three axes: the determination of the constitutive model of the clay paste, the identification of the behavior at the different interfaces, the determination of a damage criterion and the mechanisms which generate defects. The different parameters of the constitutive law were identified by an inverse analysis of compression tests. Some additional tests (shearing test, bending test,…) were performed to investigate more precisely the material behavior. Kinematic full-field measurements by 3D digital image correlation allowed to validate the numerical model of these tests. Measurements with a rectilinear tribometer were carried out to identify a model of friction for the different interfaces involved in the process (clay/steel; clay/rubber and rubber/resin). Four cracking criteria have been studied. A maximum shear stress criterion proved to be the most relevant to assess the initiation of cracks. Forming tests of partial geometries of tiles allowed to validate the different behavior models identified and to compare two dies technologies (rigid dies and deformable dies). 3D numerical simulation allowed to predict the most of the defects related to the clay paste flow.