A model comparison to predict heat transfer during spot GTA welding

The present work deals with the estimation of the time evolution of the weld fusion boundary. This moving boundary is the result of a spot GTA welding process on a 316L stainless steel disk. The estimation is based on the iterative regularization method. Indeed, the three problems: direct, in variation and adjoint, classically associated with this method, are solved by the finite element method in a two-dimensional axisymmetric domain. The originality of this work is to treat an experimental estimation of a front motion using a model with a geometry including only the solid phase. In this model, the evolution of this solid domain during the fusion is set with the ALE moving mesh method (Arbitrary Lagrangian Eulerian). The numerical developments are realized with the commercial code Comsol Multiphysics® coupled with the software Matlab®. The estimation method has been validated in a previous work using theoretical data ([1]). The experimental data, used here for this identification are, temperatures measured by thermocouples in the solid phase, the temporal evolution of the melt pool boundary observed at the surface by a fast camera and the maximal dimensions of the melted zone measured on macrographs. These experimental data are also compared with numerical results obtained from a heat and fluid flow model taking into account surface tension effects, Lorentz forces and the deformation of the melt pool surface under arc pressure

Influence of a pulsed laser regime on surface finish induced by thedirect metal deposition process on a Ti64 alloy

tThe direct metal deposition (DMD) laser technique is a free-form metal deposition process, which allowsgenerating a prototype or small series of near net-shape structures. Despite numerous advantages, oneof the most critical issues of the technique is that produced pieces have a deleterious surface finish whichrequires post machining steps. Following recent investigations where the use of laser pulses instead of acontinuous regime was successful to obtain smoother DMD structures, this paper relates investigationson the influence of a pulsed laser regime on the surface finish induced by DMD on a widely used titaniumalloy (Ti64). Findings confirm that using high mean powers improves surface finish but also indicate aspecific effect of the laser operating mode: using a quasi-continuous pulsed mode instead of fully-cw laserheating is an efficient way for surface finish improvement. For similar average powers, the use of a pulsedmode with large duty cycles is clearly shown to provide smoothening effects. The formation of larger andstable melt pools having less pronounced lateral curvatures, and the reduction of thermal gradients andMarangoni flow in the external side of the fusion zone were assumed to be the main reasons for surfacefinish improvement. Additional results indicate that combining the benefits from a pulsed regime and auniform laser irradiation does not provide further reduction of surface roughness

Influence of various process conditions on surface finishes induced by the direct metal deposition laser technique on a Ti–6Al–4V alloy

The direct metal deposition (DMD) with laser is a free-form metal deposition process for manufacturing dense pieces, which allows generating a prototype or small series of near net-shape structures. One of the most critical issues is that produced pieces have a deleterious surface finish which systematically requires post machining steps. This problem has never been fully addressed before. The present work describes investigations on the DMD process, using an Yb-YAG disk laser, and a widely used titanium alloy (Ti–6Al–4V) to understand the influence of the main process parameters on the surface finish quality. The focus of our work was: (1) to understand the physical mechanisms responsible for deleterious surface finishes, (2) to propose different experimental solutions for improving surface finish. In order to understand the physical mechanisms responsible for deleterious surface finishes, we have carried out: (1) a precise characterization of the laser beam and the powder stream; (2) a large number of multi-layered walls using different process parameters (P(W), V(m/min), Dm (g/min), Gaussian or uniform beam distribution); (3) a real time fast camera analysis of melt pool dynamics and melt-pool – powder stream coupling; (4) a characterization of wall morphologies versus process parameters using 2D and 3D profilometry. The results confirm that surface degradation depends on two distinct aspects: the sticking of nonmelted or partially melted particles on the free surfaces, and the formation of menisci with more or less pronounced curvature radii. Among other aspects, a reduction of layer thickness and an increase of melt-pool volumes to favor re-melting processes are shown to have a beneficial effect on roughness parameters. Last, a simple analytical model was proposed to correlate melt-pool geometries to resulting surface finishes

Thermo-mechanical modelling for the opening of electron-beam welded joints

Paper No. PVP2006-ICPVT-11-93108, pp. 73-79; 7 pagesdoi:10.1115/PVP2006-ICPVT-11-93108ASME 2006 Pressure Vessels and Piping/ICPVT-11 ConferenceVolume 4: Fluid Structure Interaction, Parts A and BConference Sponsors: Pressure Vessels and Piping DivisionISBN: 0-7918-4755-1 | eISBN: 0-7918-3782-3International audienceThe aim of this study is to estimate residual stresses and distortions during the assembly of dissimilar metallic materials welded by Electron Beam Welding (EBW) technique. This work is motivated by a new welding procedure for the manufacture of large speed reduction gear. The gear consists of a central hub of S275 J2G3 steel and a toothed wheel of 32CrMoV13 steel, chosen for its high fatigue performances. Preliminary experimental welding tests have shown the opening of the joint plane during the circular welding of the gear leading to lack-of-fusion defects. To improve the joining technique, a thermomechanical model has been developed to predict the opening of the joint plane during welding. A two-dimensional finite element model has been applied on a simplified geometry of smaller size. The opening of the joint plane has been modelled by two different ways, the first one uses activation / deactivation elements and the second one uses specific contact elements. Both techniques have shown similar displacements. The assumptions of plane stress or generalized plane strain are discussed. Numerical results obtained with similar metals with or without metallurgical transformations are presented. Calculations carried out with dissimilar metals are compared with experiments in terms of fusion zone size and displacements

Un dispositif d'essai d'expansion biaxiale à très hautes températures

L'emboutissage à chaud des aciers trempants type Usibor® 1500 est en un procédé en pleine expansiondans le monde de l'automobile. Ce procédé thermomécanique de mise en forme est basé sur l'austénitisation de l'acier revêtu et d'une trempe de cet acier sous les outils de mise en forme pour obtenir un état martensitique très résistant. Il nécessite de chauffer les flans à des températures entre 880 et 950°C ce qui est pour l'instant réalisé dans des fours avec des temps de chauffe de l'ordre de plusieurs minutes. Le projet ANR-PRICECAT a pour objectif de développer un nouveau procédé de chauffe des flans de forme en utilisant le principe de l'effet Joule, permettant d'obtenir des temps de chauffe beaucoup plus rapides, inférieurs à la minute. Jusqu'à présent, cette méthode de chauffe est utilisée dans des cas de flans de forme rectangulaires avec passage du courant entre deux électrodes aux extrémités. Mais chauffer uniformément un flan de forme quelconque à l'aide de cette méthode est beaucoup plus compliqué et n'est pas encore maîtrisé à l'heure actuelle. Dans un nouveau dispositif d'expansion biaxiale à haute température, une méthode de chauffe a été développée pour obtenir un champ de température homogène sur la partie centrale d'un flan circulaire. Cette méthode consiste à faire la rotation du champ électrique à travers trois paires d'électrodes situées sur la périphérie du flan. La tôle circulaire est serrée entre une matrice et un serre-flan isolés électriquement et un jonc en céramique qui assure l'étanchéité du montage. Une pression d'un gaz (ici de l'argon) est appliquée sur la zone chauffée permettant la réalisation de l'essai d'expansion, tout en contrôlant la température du flan par le passage du courant électrique appliqué. L'optimisation du champ électrique afin d'obtenir un chauffage rapide et homogène du flan circulaire a été obtenue par un modèle thermoélectrique réalisé sous COMSOL Multiphysics®. L'objectif de cette étude est de présenter les premiers résultats d'expansion équibiaxiale à hautes températures d'un acier Usibor®1500 à l'aide de ce dispositif. Peu d'essais existent pour ce type de chargement en température dans la littérature et ces résultats s'avèrent très importants pour connaître la limite de formabilité de cet acier dans un état de déformation biaxiale en fonction de la température

Modélisation du chauffage de flan circulaire dans un dispositif d'expansion biaxiale à haute température

Ce travail porte sur l'intégration d'un moyen de chauffage par conduction électrique (effet Joule) de flan circulaire au sein d'un dispositif d'expansion biaxiale. Ce dispositif permettra la caractérisation thermomécanique de l'Usibor®1500dans un trajet de déformation équibiaxiale à très haute température (jusqu'à 1°C). Dans un premier temps, on s'intéresse au chauffage de flan rectangulaire avec une confrontation entre expérience et simulation, qui a permis de valider le modèle thermoélectrique réalisé sous COMSOL Multiphysics®. Dans un second temps, on aborde l'optimisation du champ électrique afin d'obtenir un chauffage rapide et homogène d'un flan circulaire.This work focuses on the integration of an electrical conduction heating of circular blank in a bulge-test device. This device will allow the thermomechanical characterization of Usibor®1500under biaxial deformation at very high temperature (to 1°C). First a thermoelectric model using COMSOL Multiphysics® was developed to study the heating of a rectangular blank. This model is validated by comparing the calculated temperatures with thermocouple measurements. Secondly electrical field optimization is approached to obtain a fast and uniform heating of a circular blank

Genomic Dissection of Bipolar Disorder and Schizophrenia, Including 28 Subphenotypes

publisher: Elsevier articletitle: Genomic Dissection of Bipolar Disorder and Schizophrenia, Including 28 Subphenotypes journaltitle: Cell articlelink: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.046 content_type: article copyright: © 2018 Elsevier Inc

Numerical simulation of moving boundary problems with an ALE method. Validation in the case of a free surface or a moving solidification front.

International audienc

Numerical simulation of moving boundary problems with an ALE method. Validation in the case of a free surface or a moving solidification front.

International audienc

Amélioration de l'état de surface de pièces obtenues en fabrication directe par projection laser à l'aide d'un modèle numérique thermohydraulique 2D

La Fabrication Directe par Projection Laser (FDPL) est un procédé novateur issu du prototypage rapide et du rechargement laser. Cette technologie permet de fabriquer des pièces 3D pleinement densifiées par injection de poudre métallique dans un bain de métal en fusion obtenu au moyen d'une source laser mobile. La géométrie finale est obtenue par superposition des couches. Une des limites actuelles de ce procédé est l'état de surface finale, jugé insuffisant par rapport aux procédés classiques d'usinage et de moulage. Ce travail s'appuie sur la modélisation numérique pour, d'une part, mettre en évidence le lien entre les paramétres opératoires et l'état de surface final, et d'autre part, apporter une solution en vue d'améliorer la qualité des pièces obtenues en FDPL. Les équations de conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement et de la masse sont résolues dans un repère 2D transverse.La présence de la surface libre et l'apport de matière lié au jet de poudre sont gérés à l'aide d'un maillage mobile (utilisant la méthode ALE) pour prendre en compte la déformation de l'interface. Ce modèle permet ainsi de prédire les ondulations périodiques induites par la superposition des couches. Les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales obtenues par caméra rapide et par profilométrie. Une étude paramétrée est menée pour montrer comment améliorer l'état de surface en fonction de la puissance laser, de la vitesse d'avance et du débit de matière. L'étude est réalisée avec un alliage de titane Ti-6A1-4V, largement utilisé dans les domaines aéronautique et biomédicale