Modélisation et validation expérimentale de la distorsion de plaques usinées

par Iheb Cherif

Thèse de doctorat en Génie mécanique - procédés de fabrication

Sous la direction de Gérard Poulachon et de José Carlos Outeiro.

Soutenue le 07-11-2019

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Laboratoire bourguignon des matériaux et procédés (Cluny, Saône-et-Loire) (laboratoire) .

Le président du jury était Mohammed Nouari.

Le jury était composé de Mohammed Nouari.

mots clés

• Contraintes résiduelles
• Distorsion
• Usinage
• Simulation numérique
• Usinage
• Capteurs de force
• Réacteurs nucléaires -- Matériaux

Résumé

Les échangeurs thermiques des nouvelles générations de réacteurs nucléaires sont constitués de tôles en acier inoxydable AISI 316L. Ces échangeurs compacts permettent d’améliorer le rendement thermique et ainsi la production d’énergie. Durant la fabrication des plaques, des contraintes résiduelles apparaissent et peuvent engendrer une distorsion. Afin d’assurer l’assemblage de ces plaques, cette distorsion doit être maîtrisée et minimisée, principalement en contrôlant l’évolution du champ de contraintes résiduelles. Les contraintes résiduelles générées au cours des processus qui précèdent l’usinage ont été mesurées en utilisant différentes méthodes. Ensuite, ces contraintes résiduelles ont été intégrées dans un modèle numérique de distorsion prenant en compte les effets de séquence et le serrage au cours de l’usinage. La validation expérimentale du modèle a été effectuée en utilisant un dispositif expérimental intelligent composé de capteurs de force intégrés dans un système de bridage développé spécialement pour la thèse. Il a permis également d’étudier l’influence des conditions d’usinage sur la déformation des plaques. Enfin, le modèle de distorsion développé a été utilisé pour optimiser la stratégie d’usinage afin de minimiser la distorsion des tôles industrielles

mots clés

• Residual stresses
• Part Distortion
• Machining
• Numerical Simulation

Titre traduit

Modelling and experimental validation of machined plate distortion

Résumé

Heat exchangers used in new nuclear power generation plants are made of AISI 316L stainless steel plates stacked in order to improve their efficiency and compactness. During the plates production, residual stresses appear and could cause distortion. To ensure the assembly, this distortion must be controlled and minimized, mainly by controlling the evolution of the residual stress field. Residual stresses generated by manufacturing processes preceding machining were measured using various methods. Then, the obtained residual stresses distributions were integrated into a developed model to predict part distortion, considering the clamping and machining sequence effects. Experimental validation was carried out using a smart experimental device with force sensors integrated in a clamping system was developed. The influence of machining conditions on the plate distortion was also studied using this set-up. Finally, the developed model was used to optimize the machining strategy in order to minimize the distortion.