Soutenance de thèse de Joël Keumo Tematio

Joël Keumo Tematio soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 27 octobre 22.

Joël Keumo Tematio a réalisé sa thèse sous la supervision de Michel Bellet et Yancheng Zhang dans l'équipe de recherche 2MS. Il soutient sa thèse de doctorant en spécialité "Mécanique Numérique et Matériaux" le 27 octobre 2022 devant le jury suivant :

– Anne-Marie Habraken, Université de Liège, Belgique, rapporteur

– Pierre Joyot, ESTIA, rapporteur

– Anthony Gravouil, INSA Lyon, examinateur

– Daniel Weisz-Patrault, Ecole Polytechnique, examinateur

Résumé : 

Une simulation thermomécanique par éléments finis est développée pour le procédé de fabrication additive DED (directed energy deposition). La simulation est conduite à l’échelle de la pièce, en  modélisant le dépôt progressif de matière et la source d’énergie. Une expression générale du module tangent consistent est dérivée et implémentée dans la résolution par éléments finis, dans le cas d’un comportement élasto-viscoplastique avec des écrouissages de type isotrope et cinématique non linéaire. Pour calculer incrémentalement les champs de déplacement, de déformation et de contrainte, une formulation théorique du problème cinématique de positionnement est proposée pour minimiser la distorsion de la fraction non construite en considérant les informations de déplacement et de déformation actuelles. L’analyse de convergence de la simulation développée est effectuée à la fois d’un point de vue temporel et spatial. La validation est effectuée par comparaison avec des résultats expérimentaux de la littérature pour les cas d’un mur rectiligne et d’une aube de turbine présentant une forte courbure. Pour réduire le temps de calcul, une méthode de type "inherent strain" est d’abord proposée, dans laquelle l’inherent strain est déterminée sur quelques cordons, de manière exacte, par une méthode inverse basée sur les résultats de simulation du calcul élasto-visco-plastique standard. Cependant, lorsqu’on applique cette inherent strain dans une simulation couche par couche de la pièce entière, les résultats sont significativement dégradés par rapport à la solution de référence donnée par le calcul standard. Ceci est confirmé, quel que soit le mode d’application de l’inherent strain : uniforme, ou distribution spatiale dans chaque couche. En particulier les écarts à la référence augmentent dans le cas courbe de l’aube de turbine. Pour résoudre ces problèmes, une nouvelle méthode dite "inherent strain rate" est proposée, consistant à linéariser le calcul de dépôt progressif. Pour ce faire, le scalaire vitesse de déformation plastique équivalente est considéré comme étant l’inherent strain rate. Au cours de la simulation du processus, le calcul basé sur la méthode inherent strain rate est combiné avec le calcul standard, conservé pour simuler les extrémités de chacun des cordons. Grâce à cette combinaison et à une mise à jour en ligne de l’inherent strain rate, des résultats parfaits sur les déformations et contraintes sont obtenus pour le mur et l’aube de turbine. Dans cette première version de recherche, la simulation est accélérée d’un facteur 5, ce qui rend la méthode inherent strain rate proposée très prometteuse pour la simulation des procédés de fabrication additive. 

Mots-clés : Fabrication additive, simulation numérique, éléments finis, Inherent strain, Inherent strain rate