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,