Simulation numérique des interactions mécaniques entre phase liquide et phase solide dans les procédés de solidification

Numerical simulation of mechanical interactions between liquid and solid phase in solidification processes

• Auteur / Autrice : Shaojie Zhang
• Direction : Michel Bellet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Soutenance le 25/02/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Habraken
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Bellet, Charles-André Gandin, Gildas Guillemot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andras Ludwig, Steve L. Cockcroft

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solidification

Mécanique des fluides

Coulée continue

Mots clés libres

Mécanique des fluides

Mécanique des solides

Macroségrégation

Coulée en lingot

Méthode des éléments finis

Méthode level set

Remaillage anisotropique adaptatif

Multiphysique

Coulée continue

Solid mechanics

Finite element method

Level set method

Anisotropic adaptative remeshing

Thermos-solutal fluid low

Macrosegregation

Multi-physics modeling

Ingot casting

Continuous casting

Résumé

La maîtrise des phénomènes de macroségrégation et des défauts liés à la déformation est le principal enjeu des processus de solidification. La modélisation numérique apporte une réponse aux besoins industriels pour maîtriser ces défauts. L'un des problèmes les plus critiques et essentiels est le calcul simultané de l'écoulement du fluide dans les régions liquides et de l'évolution contrainte-déformation dans les régions déjà solidifiées. Dans ce but spécifique, un algorithme de solution partitionnée est développé pour modéliser à la fois les processus de coulée en lingots et de coulée continue: l'écoulement de liquide induit par convection naturelle ou étape de remplissage, le retrait de solidification, la déformation thermiquement induite de la phase solide. Sur la base des deux champs de vitesse - solide et liquide résultant de cette résolution couplée, la résolution du transport des espèces chimiques (macroségrégation) est réalisée.

Control of macrosegregation phenomena and deformation related defects is the main issue in solidification processes. Numerical modeling provides an answer to industrial needs to master these defects. One of the most critical and essential issues is the concurrent computation of fluid flow in the bulk liquid and stress-strain evolution in the already solidified regions. For this specific purpose, a partitioned solution algorithm is developed to model both ingot casting and continuous casting processes. Liquid flow induced by natural convection or filling step, solidification shrinkage and thermally induced deformation of the solid phase. On the basis of the resulting liquid and solid velocity fields, the transport of chemical species (macrosegregation) is achieved.