Simulation numérique du soudage - acier 316l : validation sur cas tests de complexité croissante

Ce travail vise à la prédiction par simulation numérique des distorsions et contraintes résiduelles générées par une opération de soudage. Le cas particulier du soudage TIG sur acier 316L est considéré. Afin d\u27étudier de façon progressive les difficultés de modélisation qui doivent être pris en compte dans le cadre de la simulation numérique du soudage, une étude à la fois expérimentale et numérique est effectuée sur différents types d\u27essais de complexité croissante, allant d\u27un cas test uniaxial jusqu\u27à un cas test entièrement tridimensionnel. En premier lieu, des tests unidimensionnels sont effectués sur des spécimens pour lesquels les champs de température et de contraintes sont macroscopiquement homogènes dans la zone d\u27étude. Ce type de tests, très utile en vue de valider différentes lois de comportement, permet en outre l\u27étude du comportement thermomécanique de l\u27acier lorsque celui-ci est soumis à des cycles thermiques similaires à ceux qui interviennent dans la Zone Affectée Thermiquement lors d\u27une opération de soudage. Après quoi, des tests qui mettent en jeu des gradients de températures et de contraintes sont effectués sur des structures bi-dimensionnelles axi-symétriques, afin d\u27étudier les effets de structure et les problèmes liés à la présence d\u27une zone fondue. Enfin, un test plus représentatif d\u27une véritable opération de soudage, faisant intervenir une source de chaleur mobile, intègre les effets tridimensionnels. Des simulations numériques, conformes aux essais réalisés, sont réalisés en parallèle avec le logiciel d\u27éléments finis code_Aster (EDF). L\u27analyse comparative entre résultats expérimentaux et numériques pour chaque type de test permet de juger de l\u27aptitude du code de calcul utilisé à prédire distorsions et contraintes résiduelles, et des analyses paramétriques permettent d\u27étudier la sensibilité des résultats aux données matériau, à la loi de comportement utilisée, ou encore à la modélisation de l\u27apport de chaleur

Simulation numérique du soudage - Acier 316L (validation sur cas tests de complexité croissante)

Ce travail vise à la prédiction par simulation numérique des distorsions et contraintes résiduelles générées par une opération de soudage. Le cas particulier du soudage TIG sur acier 316L est considéré. Afin d'étudier de façon progressive les difficultés de modélisation qui doivent être pris en compte dans le cadre de la simulation numérique du soudage, une étude à la fois expérimentale et numérique est effectuée sur différents types d'essais de complexité croissante, allant d'un cas test uniaxial jusqu'à un cas test entièrement tridimensionnel. En premier lieu, des tests unidimensionnels sont effectués sur des spécimens pour lesquels les champs de température et de contraintes sont macroscopiquement homogènes dans la zone d'étude. Ce type de tests, très utile en vue de valider différentes lois de comportement, permet en outre l'étude du comportement thermomécanique de l'acier lorsque celui-ci est soumis à des cycles thermiques similaires à ceux qui interviennent dans la Zone Affectée Thermiquement lors d'une opération de soudage. Après quoi, des tests qui mettent en jeu des gradients de températures et de contraintes sont effectués sur des structures bi-dimensionnelles axi-symétriques, afin d'étudier les effets de structure et les problèmes liés à la présence d'une zone fondue. Enfin, un test plus représentatif d'une véritable opération de soudage, faisant intervenir une source de chaleur mobile, intègre les effets tridimensionnels. Des simulations numériques, conformes aux essais réalisés, sont réalisés en parallèle avec le logiciel d'éléments finis code_Aster (EDF). L'analyse comparative entre résultats expérimentaux et numériques pour chaque type de test permet de juger de l'aptitude du code de calcul utilisé à prédire distorsions et contraintes résiduelles, et des analyses paramétriques permettent d'étudier la sensibilité des résultats aux données matériau, à la loi de comportement utilisée, ou encore à la modélisation de l'apport de chaleur.The aim of this study is the prediction with numerical simulation of residual stresses and distortions generated by the welding process. The special case of the TIG welding process on 316L steel is considered. In order to investigate phenomena and difficulties that must be taken into account for the numerical simulation of the welding process, a parallel experimental and numerical study is carried out on different kind of tests, of increasing complexity, from one dimensional to three-dimensional. As first step, one-dimensional tests are led on round bar specimen for which temperatures and stresses are macroscopically homogeneous in the studied zone. These tests investigate the thermo-mechanical behavior of the steel, when submitted to thermal cycles similar to those that occur in the Heat Affected Zone during welding. This kind of test is also very useful for the validation of different constitutive equations. As second step, axi-symmetrical tests are led on simplified structures in order to investigate the structure effect and problems due to the presence of a weld pool. Lastly, a test more representative of a real welding operation, which involves a moving heat source, integrates the three-dimensional effect. In parallel, numerical simulations are performed for each test, using the finite element code code_Aster (EDF). Comparative analysis between experimental and numerical results allows the assessment of the ability of the numerical code to predict residual stresses and distortions, and parametric analysis allow us to investigate the sensitivity of numerical results to material characteristic data, constitutive equation, or modeling of the heat input.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocST ETIENNE-ENISE (422182303) / SudocSudocFranceF

Numerical Simulations of Thermomechanical phenomena during TIG welding and experimental validation on analytical tests of increasing complexity

International audienc

Experimental and numerical simulation of thermomechanical phenomena during a TIG welding process

In this study, a parallel experimental and numerical simulation of phenomena that take place in the Heat Affected Zone during TIG welding on 316L stainless steel is presented. The aim of this study is to predict by numerical simulation residual stresses and distortions generated by the welding process. For the experiment, a very simple geometry with reduced dimensions is considered: the specimens are disks, made of 316L. The discs are heated in the central zone in order to reproduce thermo-mechanical cycles that take place in the HAZ during a TIG welding process. During and after thermal cycle, a large quantity of measurement is provided, and allows to compare the results of different numerical models used in the simulations. The comparative thermal and mechanical analysis allows to assess the general ability of the numerical models to describe the structural behavior. The importance of the heat input rate and material characteristics is also investigated

Numerical simulation of Rapid Additive Forging (RAF) process

The Rapid Additive Forging (RAF) process is a Direct Energy Deposition (DED) Additive Manufacturing (AM) process, based on the deposition of a Titanium alloy on a substrate plate. This process has been developed for the production of Titanium parts of aeronautic components. In this study, a Finite Element (FE) numerical simulation methodology has been established to perform a fast analysis of the RAF process, including full 3D-transient thermal-metallurgical and mechanical numerical simulations. Thus, residual stresses and distortions caused by the process can be estimated. Different modelling strategies have been compared in order to find a balance between computation time and accuracy. Analyses include the effects of phase transformations in the Titanium alloy. First analyses have been performed on a simple geometry of welding wall. The influences of the material activation modelling strategy on the thermal and mechanical results have been investigated. The effects of phase transformations on residual stresses and distortions are also discussed. Then a specimen with a more complex geometry has been considered in the analysis, including the effect of different deposition paths. A full 3D simulation of the whole deposition process has been compared with several simplified computation procedures, including a reduction of the number of layers considered in the simulation

On the Accurate Prediction of Residual Stress in a Three-Pass Slot Nickel-Base Repair Weld by Numerical Simulations

The activities within a European network to develop accurate experimental and numerical methods to assess residual stresses in structural weldments are reported. The NeT Task Group 6 or NeT-TG6 project examined an Alloy 600 plate containing a three-pass slot weld made with Alloy 82 consumables. A number of identical specimens were fabricated and detailed records of the manufacturing history were kept. Parallel measurement and simulation round robins were performed. Residual stresses were measured using neutron diffraction via five different instruments. The acquired database is large enough to generate reliable mean profiles, to identify clear outliers, and to establish the systematic uncertainty associated with this non-destructive technique. NeT-TG6 gives a valuable insight into the real-world variability of diffraction-based residual stress measurements, and forms a reliable foundation against which to benchmark other measurement methods. The mean measured profiles were used to validate the accuracy achieved by the network in the prediction of residual stresses