Thesis defense Antonio Olmedilla Gonzalez de Mendoza, Ph.D. team “Solidification” Institut Jean Lamour “Mouvement des grains et de leur empilement : application à la solidification d’alliages métalliques”


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Date | Time
11/12/2017 | 9 h 30 min - 12 h 00 min

Location
Mines Nancy

Categories


Monday 11 December 2017, 9:30 AM | Mines Nancy, Campus Artem, Salle A007

Composition of the jury:
Rapporteurs:

  • M. Andreas LUDWIG,  Simulation and Modelling of Metallurgical  Processes, Department of Metallurgy, Montanuniversität Leoben, Leoben,  Autriche
  • Mme Pascale AUSSILLOUS, Aix Marseille Univ, IUSTI

Examiners:

  • M. Christophe MARTIN, SIMaP, University Grenoble Alpes – CNRS
  • Mme Marie BEDEL, Arts et Métiers ParisTech d’Aix-en-Provence, laboratory of Mechanics, Surfaces & Materials Processing (MSMP) – EA 7350

Co-director:

  • M. Miha ZALOZNIK, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Director:

  • M. Hervé COMBEAU, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Abstract:
La modélisation multi-échelle multi-physique de la solidification d’alliages métalliques demande de combiner  des phénomènes à l’échelle macroscopique du produit et microscopiques à l’échelle des structures de solidification. La qualité de  la  description  des  phénomènes  microscopiques  peut  affecter  notablement  la  qualité  de  la  modélisation  de  la solidification.

C’est le cas du phénomène d’empilement de grains équiaxes. Dans cette thèse, l’empilement aléatoire des grains équiaxes avec des morphologies typiques de solidification est étudié. La sédimentation des grains dendritiques est le résultat d’une faible différence de densité entre les phases solide et liquide. Nous mettons tout d’abord en évidence les paramètres hydrodynamiques adimensionnels qui régissent l’empilement de grains équiaxes :le nombre de Stokes, St, le nombre d’Archimède, Ar, et le rapport entre le temps caractéristique de la croissance et le temps caractéristique du mouvement,  Γ.  Un  dispositif  expérimental  a  été  conçu  par  similitude  hydrodynamique  avec  le  phénomène  réel  de l’empilement de la solidification afin d’étudier l’influence de la géométrie des grains équiaxes et l’influence des conditions hydrodynamiques sur la fraction d’empilement. Deux collections de grains sphériques et dendritiques ont été étudiées.

En outre,  un  outil  numérique  basé  sur  le  méthode  des  éléments  discrets  a  été  développé  pour  compléter  le  travail expérimental  de  détermination  de  :  la  fraction  d’empilement  locale,  le  nombre  de  particules  voisines  en  contact  et l’orientation  des  particules.  Nous  avons  pu  montrer  que  l’influence  de  la  morphologie  des  grains  sur  la  fraction d’empilement  est  beaucoup  plus  importante  que  l’influence  des  conditions  hydrodynamiques,  du  frottement  entre particules ou de la poly-dispersité des grains.
Des fractions d’empilement entre environ 0,53 et 0,67 ont été mesurées et calculées pour les grains sphériques non-cohésifs, pour différentes conditions hydrodynamiques, de frottement et de poly-dispersité, alors que des valeurs allant jusqu’à environ 0,30 sont trouvées pour les grains dendritiques non-cohésifs.

En  outre,  un  outil  numérique  basé  sur  l’empilement  géométrique  a  été  développé pour  déterminer  la  fraction d’empilement en cas de grains très cohésifs. Dans ce cas, la fraction d’empilement pourrait diminuer à environ 0.30 et 0.15 pour les sphères et les dendrites, respectivement. Enfin, nous étudions la dynamique de l’empilement, qui est la transition  d’un  régime  de  sédimentation  à  l’équilibre  mécanique  (empilement).  L’évolution  des  variables  comme  par exemple, la fraction locale de solide, le nombre de particules voisines en contact, le nombre de contacts mécaniques et l’orientation du grain en fonction du temps est présentée. Ce qui a permis de montrer que l’influence des conditions hydrodynamiques est plus important que l’influence de la morphologie des grains pour la dynamique d’empilement : une dynamique plus rapide est trouvée avec des valeurs du nombre de St plus élevées.

Keywords:
solidification des alliages métalliques, milieux granulaires, Méthodes des Éléments Discrets, empilement de particules non-convex, similitude hydrodynamique,