Modélisation des couplages fluide/solide dans les procédés d'assemblage à haute température - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Modelling fluid/solid couplings in high temperature assembly processes

Modélisation des couplages fluide/solide dans les procédés d'assemblage à haute température

Thomas Heuzé

Résumé

The aim of this work is to develop the relevant tools to simulate numerically the Friction Stir Spot Welding process. The model developed is based on a fluid/solid coupling in order to correctly describe stirred and solid areas. An Arbitrary Eulerian Lagrangian approach is used with an arbitrary motion set in such a way that the mesh follow the material in the solid area but does not in the pasty area. This enables the simulation of important rotations of the tool while following the boundaries of the sheets during the process. The numerical model includes the P1+/P1 finite element. This mixed element has been developed with a temperature/velocity/pressure formulation in fluid mechanics (for an incompressible and laminar transient flow) and in solid mechanics in the framework of large strains. The fluid/solid transition is made with an explicit test on an averaged temperature per element, the interface passes through the faces between elements. A mesh update procedure associated with the ALE approach is made at convergence of the computation. This coupling has been implemented in a new option of the finite element code SYSWELD. We present here a first simulation of the Friction Stir Spot Welding process. Second, two experimental fixtures are proposed for the investigation of the Friction Stir Spot Welding process. These two special assemblies incorporate a special validation scheme designed to calibrate the proposed modeling of this process. The experimental strategy adopted, including varying parameters and special instrumentation, is detailed and first results on a basic aluminium alloy are presented.
On développe dans ces travaux un outil numérique permettant de simuler le procédé Friction Stir Spot Welding. Le modèle est basé sur un couplage fluide/solide et permet une description correcte des parties fortement malaxée et solide de la structure. Une approche ALE est utilisée avec un mouvement arbitraire défini de façon que le maillage suive la matière dans la partie solide mais pas dans la partie pâteuse. Ceci permet la simulation de plusieurs tours de l'outil tout en suivant les bords des tôles soudées durant le procédé. Ce modèle numérique s'appuie sur l'élément fini mixte P1+/P1. Ce dernier a été développé avec une formulation température/vitesse/pression en mécanique des fluides (dans le cas d'un écoulement laminaire incompressible et transitoire) et en mécanique des solides dans le cadre des grandes transformations. La transition fluide/solide est effectuée au moyen d'un test explicite sur une température moyenne par élément, l'interface passant alors entre les éléments du maillage. Une procédure d'actualisation de la géométrie associée à l'approche ALE est effectuée à convergence. Ce couplage a été intégré au sein d'une nouvelle option du code SYSWELD. On présente ici une première simulation du procédé Friction Stir Spot Welding. D'autre part, deux montages spécifiques sont proposés pour l'investigation du procédé Friction Stir Spot Welding. Ces deux dispositifs intègrent une démarche de validation globale visant à calibrer la modélisation proposée du procédé. La stratégie expérimentale suivie est détaillée, et des premiers résultats obtenus sur un alliage d'aluminium basique sont présentés.
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Dates et versions

tel-00610711 , version 1 (23-07-2011)
tel-00610711 , version 2 (07-09-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00610711 , version 2

Citer

Thomas Heuzé. Modélisation des couplages fluide/solide dans les procédés d'assemblage à haute température. Mécanique [physics.med-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00610711v2⟩
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