Modélisation numérique des phénomènes physiques du soudage par friction-malaxage et comportement en fatigue de joints soudés en aluminium 7075-T6 PDF Download
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Author: Frédéric Gemme
Publisher:
ISBN: 9780494829936
Category : Friction stir welding
Languages : fr
Pages : 175
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Author: Frédéric Gemme
Publisher:
ISBN: 9780494829936
Category : Friction stir welding
Languages : fr
Pages : 175
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Author: Assaf Farah
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 182
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Author: Frédéric Thibeault
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ISBN: 9781412318716
Category :
Languages : fr
Pages : 434
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Author: Anthony Fleury
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages :
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Book Description
L'énorme potentiel de l'aluminium est sous-exploité pour la réhabilitation et même la construction rapide de ponts, en raison d'un manque de connaissance et d'expérience, ainsi que d'un manque d'outils de conception appropriés. En effet, les concepteurs pensent rarement à l'utilisation de l'aluminium comme matériau structural lors de projets de réhabilitation ou de remplacement de ponts routiers existants. Pourtant, le haut rapport résistance/densité de l'aluminium, sa durabilité et sa recyclabilité font de lui un matériau de choix par rapport aux autres matériaux traditionnels comme l'acier et le béton. De plus, la capacité à extruder des pièces de formes variées offre aux concepteurs la flexibilité nécessaire à l'optimisation des profilés, et ainsi, avoir un meilleur contrôle sur les déformations et les vibrations pendant la durée de vie de la structure. Bien souvent, l'élément d'un pont le plus susceptible de se détériorer rapidement est le tablier, car il est le plus affecté par les sels de déglaçage, le passage des véhicules et les variations de température. Une solution durable et innovante dans des projets de réhabilitation de ponts routiers est l'utilisation d'un platelage en aluminium. Cela facilite la construction rapide en plus de permettre une meilleure réponse au trafic actuel et de fournir une durée de vie prolongée. Cette avenue a été adoptée dans quelques cas réels en Amérique du Nord et témoigne de la vitesse et de l'efficacité de remplacement d'un tablier de pont existant par un en aluminium. Ce tablier en aluminium est assemblé en usine en soudant des profilés extrudés par friction malaxage (ou au MIG). Le soudage par friction malaxage (FSW) est un procédé d'assemblage à l'état solide parfaitement adapté pour les alliages d'aluminium. Cette singularité, en plus de la production automatisée du procédé, donne de meilleures propriétés mécaniques comparées au soudage par fusion. Les industries de l'automobile, de l'aéronautique et plus récemment du génie civil utilisent cette technologie. Malgré tout, le comportement dynamique et en fatigue est peu réglementé dans les normes et règles de conception, notamment dans le Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CSA S6), pour des applications structurales du FSW. Actuellement, les normes de conception existantes pour le soudage à l'arc sont utilisées, ce qui n'avantage pas le soudage FSW. Pour surmonter cette situation, l'objectif principal de ce travail est de développer des bases de conception pour le contrôle qualité et pour le dimensionnement en fatigue des joints FSW dans les tabliers de pont en aluminium. Une caractérisation en fatigue de soudures bout à bout en alliage 6061-T6 a été menée sous des essais de chargement à amplitude constante et à amplitude variable. Les résultats obtenus montrent qu'un joint FSW optimisé donne des résultats en fatigue bien supérieurs aux courbes de conception existantes de l'ADM. Aussi, un défaut de type décalage axial des pièces inférieur à 1,0 mm réduit quelque peu la vie en fatigue. Finalement, un défaut de type trou de ver (vide interne) d'une taille inférieure à 0,9 mm a un effet négatif sur la vie en fatigue, sans toutefois être dramatique. Les critères de fatigue et les tolérances de défauts de soudage proposés dans cette étude permettront de contribuer à promouvoir l'utilisation de l'aluminium dans l'industrie du génie civil. Le procédé d'assemblage FSW n'est toutefois pas à l'abri des défauts de soudage. En effet, des paramètres de soudage non optimisés risquent de générer par exemple un vide interne, un manque de pénétration ou une bavure excessive et des stries de surface. Ces stries peuvent aussi être influencées par la rigidité de l'équipement de soudage. L'objectif secondaire est donc d'étudier l'effet de la rigidité d'un équipement de soudage sur la qualité des soudures pour ainsi évaluer leur impact et minimiser les défauts. Deux types d'alliages ont été utilisés dans le cadre de ce travail, soit l'alliage 6061-T6 et l'alliage 1375-50. Pour chacun d'eux, des échantillons de 6,35 mm d'épaisseur ont été soudés bout à bout avec trois types d'équipements à rigidité et à coût d'acquisition différents : un portique rigide, une fraiseuse universelle et un robot polyarticulé. Des comparaisons ont été faites entre les trois équipements sur les propriétés en traction du joint soudé, le fini de surface, la géométrie des stries ainsi que la répétabilité de soudage par un équipement et la constance de la soudure. Il a été conclu qu'un travail d'optimisation des paramètres adapté à l'équipement permettrait d'obtenir des soudures sans défauts. Un équipement non spécialisé tel qu'une fraiseuse demande un travail d'optimisation plus rigoureux, mais peut donner des soudures de qualité comparable aux autres équipements. Selon les besoins et le budget, une PME pourrait implanter cette technologie avec un investissement relativement faible en adaptant une fraiseuse au soudage FSW. In rehabilitation of existing bridge structure, or even in new construction, aluminum is underemployed because of a lack of knowledge and experience, as well as a lack of appropriate design tools. Designers hardly think of using aluminum as a structural material in rehabilitation or retrofit of an existing vehicular bridge. Yet, high strength/density ratio of aluminum, its durability and its recyclability make this material attractive compared to more traditional material such as steel and concrete. Furthermore, creating pieces of variable shape is possible with aluminum because of its extrudability capacity. This offers flexibility for the designers to optimize the structural components, and then reduce excessive deformation and vibration during service life of a vehicular bridge. Most of the time, bridge deck is the structural element most affected by de-icing salt, passage of vehicles and temperature variations. A durable and innovative solution for vehicular bridge rehabilitation is to use an aluminum bridge deck. Construction is quick and the bridge capacity of responding actual traffic load is better, which increases the structure service life. Some cases in North America testify of the speed and effectiveness of retrofitting an old existing bridge deck by a new one in aluminum. This aluminum deck is made by joining extruded profiles using friction stir welding process and is factory-built. Friction stir welding (FSW) is a solid-state joining process perfectly adapted for aluminum alloys. This character, among with process automatization, gives an excellent quality joint, even better than conventional fusion welding processes. Automotive industry aviation and, more recently, civil engineering have adopted this technology. However, dynamic and fatigue behaviour is barely regulated in design codes and standards, Aluminum design manual (ADM) for instance, in structural applications of FSW joints. To overcome this situation, the principal aim of this project is to develop performance-based criteria for quality control and fatigue design of FSW joints in aluminum bridge decks. Fatigue tests under constant and variable amplitude loading have been performed on 6061-T6 FSW butt joint. Results show that optimized FSW joints fatigue life is above existing design curves in the ADM. Also, axial misalignment under 1,0 mm between the two welded pieces slightly decreases fatigue life. Finally, subsurface defect known as wormhole decreases fatigue life, but is not dramatic when its size is under 0,9 mm. Fatigue criteria and welding defect tolerances proposed in this study will contribute promoting the use of aluminum in the civil engineering projects. FSW is, however, as discussed before, not a defect proof joining process. In fact, non-optimized welding parameters could create subsurface defects such as wormhole and lack of penetration as well as surface defects such as excessive flash and striations. Those surface striations can also be influenced by the welding equipment rigidity.
Author: Christophe Gallais
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 181
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Book Description
Pour la réalisation des structures aéronatiques en alliages d’aluminium, le soudage par friction malaxage offre des perspectives intéressantes, de par sa capacité à assembler les matériaux à l’état solide. En l’absence de défauts de solidification, la microstructure issue du soudage est déterminante sur les propriétés de l’assemblage. Cette étude est consacrée au cas particulier des joints soudés par friction malaxage d’alliages d’aluminium de la série 6xxx. La caractérisation expérimentale des évolutions microstructurales et du comportement mécanique associé aboutit à une meilleure compréhension de l’abattement des propriétés en traction des soudures. Les outils de modélisation développés permettent de décrire les relations entre les paramètres du procédé, les évolutions de la précipitation fine et le comportement en traction des assemblages. Ils sont finalement utilisés afin de dégager des voies d’optimisation des joints soudés.
Author: Ammar Guedoiri
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Le soudage par friction malaxage « Friction Stir Welding » est un procédé d'assemblage de pièces en phase semi solide. Le cordon de soudure est obtenu grâce à un outil de révolution composé d'un épaulement et d'un pion. Ce procédé utilise le principe de la conversion de l'énergie mécanique en énergie thermique par frottement de l'outil avec les pièces à assembler. Ce travail de thèse est une contribution à la modélisation expérimentale et à la simulation numérique de ce procédé permettant de fournir des modèles pour aider à la compréhension des phénomènes thermiques et mécaniques ainsi que les interactions entre les paramètres de soudage. Les études expérimentales sont principalement orientées vers la caractérisation de l'écoulement de matière à l'aide de marqueurs et vers l'optimisation des paramètres du procédé. L'effet de la géométrie de l'outil (outil à pion cylindrique ou outil avec méplats) sur l'écoulement de la matière au cours du soudage est étudié. Pour représenter la géométrie de l'écoulement et prédire les champs thermiques et mécaniques à l'état stationnaire, des modèles formulés sur la base de la dynamique des fluides sont adoptés dans la présente thèse. Deux modèles thermomécaniques sont développés: (1) un premier modèle numérique construit sous Fluent permet d'étudier le comportement thermomécanique et l'écoulement au cours du soudage FSW. Une loi de comportement dépendante de la température et de la vitesse de déformation est utilisée et une discussion sur les conditions de contact entre l'outil et les plaques à souder est présentée. Les résultats de l'écoulement sont comparés avec ceux obtenus expérimentalement dans le cas de suivi des trajectoires de particules de cuivre. (2) un deuxième modèle original basé sur une procédure itérative est mis en œuvre permettant le soudage de plaque de grandes dimensions. En effet, pour une meilleure prise en compte des conditions aux limites thermiques, un modèle thermomécanique construit autour de l'outil de soudage et couplé avec un modèle thermique pour tout le reste du domaine étudié. Ce modèle permet de prendre en compte le transfert de chaleur dans l'outil et dans la plaque support. Les cycles thermiques et la plage de viscosité pour deux alliages d'aluminium (AA7020-T6 et AA6061-T3) sont analysés et comparés avec succès aux résultats expérimentaux. Les efforts et le couple de soudage calculés numériquement sont validés par rapport à la littérature.
Author:
Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
ISBN:
Category : Aluminum
Languages : fr
Pages : 9
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Author: Abdelaziz Timesli
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Le procédé de soudage par friction et malaxage est un procédé récent qui a été développé au sein de l'institut de soudure britannique "The Welding Institute" au début des années 90. Ce procédé, utilisé généralement en aéronautique, est sans apport de matière et permet de souder principalement des alliages d'aluminium difficilement soudables par les procédés classiques de soudage. Il consiste à malaxer le matériau de base à l'aide d'un outil constitué d'un pion et d'un épaulement frottant sur les faces supérieures des tôles à souder. La modélisation de ce procédé est très complexe puisque ce dernier implique des couplages entre des phénomènes mécaniques, thermiques et métallurgiques. Le malaxage dans le procédé de soudage FSW est difficile à simuler à l'aide de la méthode des éléments finis (en lagrangien) puisque la zone proche de l'outil de soudage est le siège de grandes déformations. Donc le remaillage est nécessaire. Cependant, le remaillage est cher et très difficile pour les problèmes tridimensionnels. Par ailleurs, après un remaillage, il est nécessaire d'interpoler les champs (vitesses, contraintes,...) correspondant à la solution courante, ce qui peut introduire des erreurs supplémentaires dans le calcul (on parle de diffusion numérique). Nous proposons dans ce travail des modèles basés sur la méthode sans maillage dite "Smoothed Particle Hydrodynamics SPH" et la méthode des moindres carrés mobiles (Moving Least Square MLS) pour la simulation de ce procédé. Ces modèles sont formulés dans le cadre lagrangien et utilisent la forme forte des équations aux dérivées partielles. Le premier modèle basé sur SPH considère la zone de soudure comme un fluide non newtonien faiblement compressible et dont la viscosité dépend de la température. Ce modèle est proposé pour la simulation numérique du comportement thermomécanique d'un matériau soudé par le procédé FSW. Dans le deuxième modèle, un algorithme itératif implicite de premier ordre a été proposé, pour simuler le malaxage de la matière dans le cas d'un matériau viscoplastique, en utilisant la méthode MLS et la technique de collocation. Le troisième modèle est un algorithme implicite d'ordre élevé basée sur le couplage de la méthode MLS et la Méthode Asymptotique Numérique MAN. Cet algorithme permet de réduire le temps de calcul par rapport à l'algorithme itératif implicite de premier ordre. La validation de ces trois modèles proposés a été faite par le code industriel Fluent.
Author: Cécile Genevois
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 195
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Book Description
L’alliage 2024 (Al-Cu-Mg) est utilisé dans le cadre de l’allègement des structures de transport. Cependant, cet alliage est difficilement soudable par voie classique. Le soudage par friction malaxage (FSW) est un nouveau procédé permettant l’assemblage à l’état solide et donc de supprimer les défauts liés à la solidification. A travers cette étude, les microstructures de soudures FSW de cet alliage ont été finement caractérisées par SAXS, DSC, MET, MEB, EBSD et microscopie optique. Afin de mettre en évidence les interactions entre la déformation, la précipitation et la recristallisation qui ont lieu durant le soudage de l’alliage 2024, des expériences modèles ont été menées ainsi qu’une étude comparative entre l’alliage 2024 et l’alliage 5251. L’ensemble de la caractérisation des soudures et des expériences modèles permet de dégager les phénomènes métallurgiques pertinents contrôlant la résistance mécanique des joints soudés et leur microstructure. Par ailleurs, une caractérisation détaillées du comportement mécanique des joints soudés a été menée, validée par une modélisation aux éléments finis.
Author: Lyne St-Georges
Publisher:
ISBN: 9782923168234
Category :
Languages : fr
Pages : 265
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