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Soutenance de thèse de Chengdan Xue

8 mars 2022

Chengdan Xue soutient sa thèse de doctorat le 15 mars 2022.

"Modélisation de la structure de grain et de la fissuration à chaud dans les procédés de soudage à l'arc"

Chengdan Xue a réalisé sa thèse dans l'équipe 2MS encadré par Charles-André Gandin, Michel Bellet et Gildas Guillemot. Chengdan soutiendra sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 15 mars 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Dominique Daloz, Université de Lorraine, Institut Jean Lamour, Rapporteur

– MC Iryna Tomashchuk, Université de Bourgogne Franche-Comté, IUT Le Creusot, Rapporteur

– Prof. Aude Simar, Université Catholique de Louvain

– Prof. Cyril Bordreuil, Université de Montpellier, LMGC

– IR. Pierre-Emile Lhuillier, EDF R&D

 

Résumé :

Le soudage est un processus d'assemblage permanent qui doit assurer la continuité du matériau. Pourtant, pendant la solidification, plusieurs types de défauts comme la fissuration à chaud peuvent se développer, entraînant une diminution de la qualité de la soudure et des performances des pièces. La prise en compte de la structure de grains produite lors du procédé de soudage est ici étudiée pour adapter un critère en déformation cumulée capable de prédire l'occurrence de la fissuration à chaud.
 
Un modèle tridimensionnel couplant Automate Cellulaire et Éléments Finis (CAFE) est tout d’abord appliqué pour simuler la structure de grain du procédé GTAW (Gas Metal Arc Welding) avec ou sans apport de matière, pour les configurations de tôle et de chanfrein. Toutes les configurations sont dédiées au soudage des aciers inoxydables austénitiques étudiés expérimentalement par les partenaires du projet ANR NEMESIS. Un nouveau modèle de source de chaleur est proposé et pour le soudage en chanfrein. La structure de grain simulée est comparée aux observations expérimentales réalisées par la technique de diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Une bonne cohérence est trouvée concernant la texture des grains (cartes EBSD et figures de pôles) une fois que les conditions thermiques correspondantes sont obtenues, validées par la taille et la forme du bain de fusion déduites d’observations in-situ en temps réel. 
 
Des conditions de soudage fissurant et de non-fissurant sont étudiées en exploitant des données expérimentales rapportées dans la littérature. Les résultats des simulations exploitant le critère en déformation cumulée permettent bien de distinguer les cas avec et sans fissuration. L’influence de la structure de grain simulée par l’approche CAFE est considérée. Des résultats similaires sont obtenus, démontrant la faisabilité d’enrichir le critère et une cohérence avec les observations expérimentales.
Des discussions sont finalement proposées comme perspectives pour ces activités. La validation du critère de fissuration à chaud avec plus de configurations de soudage est souhaitable, les contrôles non destructifs (CND) par onde ultrasonore actuellement utilisés pour détecter et localiser la fissuration à chaud pourraient également bénéficier des structures de grains simulées, et une exploitation plus approfondie de la structure dans un critère de fissuration à chaud est envisagée.
 
Mots-clés : soudage, fissuration, solidification, modélisation multi-échelles, microstructure, approche CAFE
 
 
 

AFPM2022

10 février 2022

La conférence "Advanced Functional Polymers for Medicine", AFPM 2022, est organisée par  l'équipe BIO du CEMEF sur le site de Sophia Antipolis du 1er au 3 juin 2022. 

L'objectif des conférences AFPM est de favoriser les interactions au sein de la communauté des chimistes, ingénieurs en matériaux, physiciens, biologistes et cliniciens dans le développement de polymères fonctionnels avancés pour la médecine. La conférence AFPM 2022 proposera aux participants des sujets innovants et passionnants au travers d'un programme bien équilibré de conférences invitées et de présentations par affiches.
 
 
  • Date limit de soumission des résumés des posters : 15 mars 2022
 
 
 
 
> Contact: Dr. Sijtze Buwalda, sijtze.buwalda-at-minesparis.psl.eu
 
 

 

Soutenance de thèse de Saoussen Ouhiba

9 février 2022

Saoussen Ouhiba soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 22 février 22

Recristallisation des alliages 6016 au cours et après le laminage à chaud

Saoussen Ouhiba a fait sa thèse sous la direction de Nathalie Bozzolo et Marc Bernacki, dans l'équipe MSR. Saoussen soutient sa thèse en "Mécanique Numérique et Matériaux" devant le jury suivant :
 
– Prof. Knut Marthinsen, Norwegian University of Science and Technology, rapporteur
– MC. Myriam Dumont, Arts et Métiers Lille, rapporteur
– Prof. Franck Montheillet, Mines Saint Etienne, examinateur
 
 
Résumé : 

Le besoin croissant de véhicules automobiles plus légers pousse à s’intéresser de plus en plus aux alliages d’aluminium, en particulier aux alliages 6xxx (Al-Mg-Si) à durcissement structural. Bien que ces alliages soient connus pour leur bonne formabilité, leur bonne résistance à la corrosion et leur potentiel de renforcement suffisant, ils sont parfois sujets à l'apparition de défauts de surface. Une meilleure compréhension des évolutions microstructurales se produisant au cours du processus de laminage à chaud est requise pour optimiser les propriétés finales. En particulier, l'interaction entre les précipités et les solutés avec les processus de restauration dynamique et de recristallisation dynamique et post-dynamique est étudiée. Dans ce contexte, différents états de précipitation initiaux sont générés puis soumis à  essais de compression à chaud. Des analyses microstructurales sont effectuées par microscopie électronique à balayage (MEB) et cartographie des orientations cristallines par EBSD. Les facteurs favorisants le développement anisotrope de gros grains recristallisés lors du maintien après déformation sont également étudiés par recuit séquentiel à l’aide d’une platine chauffante couplée au MEB/EBSD. Cette étude est complétée par des simulations 2D en champ complet basées sur la méthode Level Set afin de discuter de la validité des hypothèses émises concernant le développement anisotrope de certains grains recristallisés. Enfin, l'influence de divers paramètres thermomécaniques sur l'évolution de la microstructure est étudiée, permettant ainsi de déterminer les conditions favorables à la formation de grains recristallisés plus fins.

Mots-clés : alliages d'aluminium, laminage à chaud, recristallisation, gros grains recristallisés, effet des précipités/solutés

 

 

Soutenance de thèse de Junfeng Chen

21 janvier 2022

Junfeng Chen soutient sa thèse de doctorat le 27 janvier 2022

Réseaux de neurones convolutifs pour la prédiction de flux constant autour d'obstacles 2D
 

Junfeng Chen a réalisé sa thèse dans l'équipe CFL. Il soutient sa thèse en "Mathématiques Numériques, Calcul intensif et Données" le 27 janvier 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Emmanuelle Abisset-Chavanne, Arts et Métiers ParisTech

– Prof. Anne Johannet, IMT Mines Alès, rapporteur

– Prof. Jean-Luc Harion, IMT Mines Telecom Lille Douai, rapporteur

– Prof. Elie Hachem, CEMEF Mines Paris, Directeur de thèse

– MA Frédéric Heymes, IMT Mines Alès, Co-directeur de thèse

– IR Jonathan Viquerat, CEMEF Mines Paris, Maître de thèse

 

Résumé :

Au cours des dernières années, les réseaux de neurones ont suscité un grand intérêt dans la communauté de la dynamique des fluides computationnelle, en particulier lorsqu'ils sont utilisés comme modèles de substitution, que ce soit pour la reconstruction de l'écoulement, la modélisation de la turbulence ou pour la prédiction des coefficients aérodynamiques. Cette thèse considère l'utilisation de réseaux de neurones convolutifs, une catégorie spéciale de réseaux de neurones conçus pour les images, comme modèles de substitution pour la prédiction de l’écoulement stationnaire autour d'obstacles 2D. Les modèles de substitution sont calibrés dans le cadre de l'ajustement des données, avec l'ensemble de données préparé par des solveurs qualifiés aux équations de Navier-Stokes et projeté sur des grilles cartésiennes. Une fois calibrés, les modèles montrent une grande précision en termes de prédiction de vitesse et de pression, même autour d'obstacles non vus lors de la calibration. Dans l'étape suivante, une nouvelle architecture de réseaux de neurones convolutifs est proposée pour la détection d’anomalies et la quantification de l’incertitude, permettant au modèle de substitution de savoir s'il effectue une interpolation ou une extrapolation tout en faisant la prédiction. Avec ces méthodes, l'utilisateur d'un réseau de neurones calibré peut soit décider d'accepter ou non une prédiction, soit avoir une estimation quantifiée de l'erreur de prédiction. La troisième contribution consiste à utiliser des réseaux de neurones convolutifs sur graphes comme modèles de substitution pour prédire la vitesse et la pression sur des maillages triangulaires, qui présentent des avantages significatifs dans la représentation géométrique par rapport aux grilles cartésiennes. Grâce au raffinement du maillage proche des interfaces solides, le modèle basé sur des graphes peut donner une prédiction de couche limite plus précise que les réseaux de neurones convolutifs traditionnels. La dernière partie de cette thèse considère l'intégration des connaissances physiques dans la calibration d'un réseau de neurones convolutifs sur graphe, qui est calibré en minimisant le résidu des équations de Navier-Stokes sur un maillage triangulaire. La vitesse et la pression prédites autour d'un cylindre sont de très haute qualité par rapport aux résultats des solveurs numériques qualifiés. N'étant pas dans le cadre de l'ajustement des données, cette approche fournit un nouveau solveur d'équations aux dérivées partielles, et mérite plus de travail sur sa convergence et son coût de calcul.

 

Mots-clés : réseaux de neurones convolutifs, modèles de substitution, Dynamique des fluides computationnelle, élément fini, quantification de l'incertitude, convolution sur graphes

 

 

Soutenance de thèse de Karen Alvarado Vargas

12 janvier 2022

Karen Alvarado Vargas soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 20 janvier 22

Croissance des grains sous l'influence du phénomène d'ancrage de Smith-Zener avec évolution des particules de seconde phase : approche multi-échelle et application aux superalliages à base de nickel

Karen Alvarado Vargas a fait sa thèse sous la direction de Marc Bernacki et Nathalie Bozzolo, dans l'équipe MSR. Karen soutient sa thèse en "Mécanique Numérique et Matériaux" devant le jury suivant :

– Prof. Julien Bruchon, Ecole des Mines de Saint Etienne, SMS, rapporteur
– Prof. Michel Perez, INSA Lyon, rapporteur
– Prof. Alain Hazotte, Université de Lorraine, LEM3
– Prof. Olga Bylya, University of Strathclyde, Advanced Forming Research Centre
– Dr. Pascal De Micheli, Transvalor

 

Résumé : 

Dans la plupart des superalliages polycristallins à base de nickel, la taille des grains est contrôlée par les particules de seconde phase qui entravent la migration des joints de grains. Le modèle Smith-Zener décrit cette interaction physique. Les processus de forgeage industriels impliquent des étapes de déformation à chaud près de la température de dissolution des particules. Par conséquent, il est essentiel de comprendre et de prévoir leur évolution afin de contrôler correctement la taille des grains obtenue après un traitement thermique donné ; ainsi que les propriétés associées.
 
Trois superalliages à base de nickel ont été étudiés (AD730, René 65, N19) avec une série de traitements isothermes et d’analyses microstructurales détaillées basées sur les techniques MEB et EBSD. Plus précisément, pour les précipités 𝛾’ primaires, la fraction des particules, leur taille et leur morphologie ainsi que l’évolution de la taille des grains ont été analysés. Une équation a été établie pour décrire l’évolution de ces précipités dans chacun des trois matériaux en fonction de la température et du temps, à l’aide de données expérimentales, de résultats de calculs Thermo-Calc et du modèle Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK).
 
Des simulations numériques par la méthode des éléments finis ont été ensuite effectuées pour simuler la croissance de grains, avec une formulation à champ complet employant la méthode Level-set (LS) et une population de particules de seconde phase évoluant selon les cinétiques précédemment établies. Cette approche numérique a été privilégiée par rapport aux autres méthodes de la littérature car elle permet de simuler de grandes déformations, ce qui ouvre la possibilité de reproduire des chemins thermomécaniques plus réalistes par rapport à ceux utilisées en mise en forme industrielle des matériaux métalliques, où les gammes comprennent des étapes de déformation à chaud et des traitements thermiques. Cette thèse propose un nouveau formalisme basé sur la méthode LS pour modéliser les mécanismes de croissance de grains sous l’influence de l’ancrage de Smith-Zener et capable de considérer l’évolution des précipités. Les précipités sont représentés par une fonction distance supplémentaire et un traitement numérique des joints de grains à proximité des précipités est appliqué pour reproduire correctement la pression d’ancrage. Ainsi, en prenant en compte la cinétique de dissolution réelle des précipités avec des lois phénoménologiques, ces simulations permettent de prédire les évolutions des grains non seulement à l’état stationnaire aux temps longs, mais également dans le régime transitoire.
 
 
Mots-clés : croissance de grains, ancrage de Smith-Zener,  méthode Level-Set, simulations à champ complet, superalliages 𝛾-𝛾’, dissolution des précipités
 
 

Soutenance de thèse d’Hazem Eldahshan

4 janvier 2022

Hazem Eldahshan soutient sa thèse de doctorat le 11 janvier 2022

Transition endommagement-rupture en 3D basé sur le champ de phase et l'adaptation du maillage: application aux procédés de mise en forme

Hazem Eldahshan a réalisé sa thèse sour la direction de Pierre-Olivier Bouchard et Daniel Pino-Munoz dans l'équipe CSM. Il soutient sa thèse en "Mécanique Numérique et Matériaux" devant le jury suivant :

– Laura De Lorenzis, Professeur, ETH Zurich Rapporteur
– Carl Labergère, Professeur, Université de Technologie de Troyes Rapporteur
– Jacques Besson, Directeur de recherche CNRS, Mines Paristech Examinateur
– Yann Monerie, Professeur, Université de Montpellier Examinateur
– José Alves, Dr, Transvalor S.A. Examinateur
– Etienne Perchat, Dr, Directeur du Développement, Transvalor S.A. Invité

 

Résumé :

Cette thèse contribue à la modélisation de la transition endommagement – rupture dans un cadre numérique parallèle 3D basé sur la méthode des éléments finis. Les nouvelles contributions comprennent: (i). une formulation champ de phase – endommagement couplée qui est adaptée pour les applications de mise en forme; (ii). un remaillage adaptatif suivi par l’identification de l'intersection de la surface de la fissure avec des topologies de maillage arbitraires basées sur l'évolution du champ de phase; (iii). l’insertion de la surface de la fissure dans le maillage à l'aide d'opérations locales de partitionnement du maillage; (iv). une stratégie de dédoublage nodale basée sur l'algorithme de coloration locale afin d'ouvrir les faces des fissures suivi par une étape de remaillage volumique.
 
Le cadre proposé offre un outil numérique robuste pour la modélisation de la transition endommagement – rupture dans des procédés industriels complexes tels que : (i). la formation de fissures internes en chevrons lors du procédé d’extrusion ; (ii). des simulations de découpe telle que le procédé de cisaillement de barres, de découpage et de perçage. Les comparaisons avec la méthode de suppression d'éléments (kill element) montrent une amélioration significative de la qualité des surfaces cisaillées prédites avec la capacité de détecter avec précision les caractéristiques de surfaces rompues telles que les bavures. De plus, le volume et l'énergie sont conservés pendant la simulation, ce qui résout l'un des principaux problèmes qui apparaît avec la méthode de suppression d'éléments.
 
 
 
Mots-clés : rupture ductile, transion endommagement, modèle de champ de phase, remaillage adaptatif, propagation de fissures discrètes, application à la mise en forme