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GST 11 - Thermo Mécanique SFT

 

-Octobre 2018-

Le Groupe Scientifique et Technique « Thermomécanique » au sein de l’AFM se trouve sous la responsabilité partagée de la Société Française de Thermique (SFT) et donc à l’interface privilégié de l’AFM et de la SFT.

Ce groupe a pour vocation à regrouper, répertorier et à analyser les problématiques de thermique retrouvées dans les sujets abordés dans les différents GST de l’AFM.

En effet, les recherches dans le périmètre de l’AFM ont pour but de traiter des problèmes liés à la mécanique des matériaux solides et fluides et des systèmes.  Dans bons nombres de cas, la thermique a un rôle non négligeable et doit être abordée de façon couplée avec d’autres phénomènes physiques.

 

Le GST11 se propose donc de faire le relais vers la Société Française de Thermique : pour ce faire, il regroupe, d’une part, des membres de la SFT au titre d’experts thermiques et d’autre part, des membres de l’AFM ou des industriels désireux de venir débattre des sujets en lien avec la thermique.

 

Afin d’illustrer ce propos, nous pouvons prendre l’exemple suivant :

 

Lors du calcul des contraintes résiduelles et des déformations liées à des procédés d’assemblage, la connaissance des gradients thermiques et leur évolution sont des éléments fondamentaux sur la précision des calculs des effets mécaniques, mais aussi chimiques/métallurgiques.

Pour cela, l’apport d’énergie pour le calcul thermique peut s’appuyer sur plusieurs approches.

La première de celles-ci est construite autour de la prise en compte du maximum de physique en lien avec le procédé d’assemblage. Il est possible de retrouver des effets électromagnétiques (procédé à l’arc par exemple), des effets liés à la mécanique des fluides avec la prise en compte de forces telles que des forces de Lorentz, des forces de tension de surface ou encore des forces de flottabilité, des problématiques liées à un apport de matière et à des déformations ou des évolutions de surface libre (cas par exemple de la fabrication additive).

Pour cette analyse fine de l’apport d’énergie, des développements numériques complexes doivent être envisagés. De plus, de nombreux paramètres thermo dépendants et donc des caractérisations des matériaux à hautes températures sont indispensables afin de bien prendre en compte les phénomènes. La difficulté dans ce cas est de trouver dans la littérature des données au-delà des points de fusion des matériaux (et tout particulièrement pour les matériaux métalliques).

L’apport des thermiciens et des physiciens dans ce domaine est indéniable sur le développement de méthodologies de caractérisation. Les temps de calcul pour ces modèles multiphysiques restent, pour le moment bien qu’ils soient en continuelle diminution, importants voire même prohibitifs.

Par conséquent, dans l’optique d’un calcul mécanique fortement ou faiblement couplé à la thermique, des modèles réduits ou équivalents sont définis en prenant appui sur des connaissances des phénomènes analysés lors d’expériences ou de plus en plus sur des modèles multiphysiques dénommés modèles de connaissance. Très souvent, le modèle équivalent va être défini via un modèle réduit à la prise en compte de la conduction de la chaleur dans le matériau entrainant la définition de paramètres non physiques.

En parallèle de ce type de travaux, les thermiciens et les physiciens ont développés des techniques de mesures afin de valider les deux types de modèles. Les instrumentations fines des expériences intègrent des thermocouples (Températures inférieures au point de fusion), des mesures radiatives (pyromètres monospectraux, bi-spectraux, multispectraux , caméra infrarouge… aux moyennes et hautes températures), des mesures avec des caméras rapides  (pour la définition des écoulements mais aussi des déformations).

 

Actions futures majeures:

Dans le cadre du CFM 2019 à Brest du 26 au 30 Août 2019, une session intitulée « Procédés Energétiques et Thermomécaniques » doit favoriser un temps de partage entre les différents chercheurs et ingénieurs autour de l’influence de la thermique sur la mécanique.  (Référents de la session : Philippe Le Masson, Thomas Pierre et Mickael Courtois de l’IRDL de Lorient et Christophe Le Niliot de l’IUSTI de Marseille).

 

 

 

Christine SAJOT
/ Catégories: GST, GST 11

Actions 2017

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