Columnar and Equiaxed Solidification of Al-7 wt.% Si Alloys in Reduced Gravity in the Framework of the CETSOL Project

International audienceDuring casting, often a dendritic microstructure is formed, resulting in a columnar or an equiaxed grain structure, or leading to a transition from columnar to equiaxed growth (CET). The detailed knowledge of the critical parameters for the CET is important because the microstructure affects materials properties. To provide unique data for testing of fundamental theories of grain and microstructure formation, solidification experiments in microgravity environment were performed within the European Space Agency Microgravity Application Promotion (ESA MAP) project Columnar-to-Equiaxed Transition in SOLidification Processing (CETSOL). Reduced gravity allows for purely diffusive solidification conditions, i.e., suppressing melt flow and sedimentation and floatation effects. On-board the International Space Station, Al-7 wt.% Si alloys with and without grain refiners were solidified in different temperature gradients and with different cooling conditions. Detailed analysis of the microstructure and the grain structure showed purely columnar growth for nonrefined alloys. The CET was detected only for refined alloys, either as a sharp CET in the case of a sudden increase in the solidification velocity or as a progressive CET in the case of a continuous decrease of the temperature gradient. The present experimental data were used for numerical modeling of the CET with three different approaches: (1) a front tracking model using an equiaxed growth model, (2) a three-dimensional (3D) cellular automaton–finite element model, and (3) a 3D dendrite needle network method. Each model allows for predicting the columnar dendrite tip undercooling and the growth rate with respect to time. Furthermore, the positions of CET and the spatial extent of the CET, being sharp or progressive, are in reasonably good quantitative agreement with experimental measurements

Prise en compte des discontinuités dans l’élaboration d’un modèle mécanique de massif rocheux. Application au creusement de l’écluse à bateaux du barrage des Trois Gorges (Chine)

Cet article est relatif à l’analyse de la stabilité et à l’évaluation des déformations à long terme des parois de l’écluse à bateaux du barrage des Trois Gorges en Chine. Dans un premier temps, une étude détaillée de stabilité a été réalisée avec le logiciel DEGRÉS (Mines ParisTech-Centre de Géosciences) en prenant en compte les différentes caractéristiques géométriques et géologiques du massif rocheux et ses paramètres géomécaniques, hydrogéologiques et sismiques. Les volumes potentiellement instables et les coefficients de sécurité correspondants ont ainsi pu être calculés conduisant à des recommandations sur le drainage et les renforcements mécaniques. Dans un second temps, une méthodologie spécifique a été mise en œuvre pour analyser le comportement mécanique du massif rocheux en réponse à l’excavation, et surtout évaluer les déplacements à long terme plusieurs années après la fin de l’excavation. Elle est fondée sur la comparaison de résultats de calculs obtenus avec le logiciel FLAC (Itasca) et de données d’instrumentation obtenues alors que les travaux d’excavation de l’écluse à bateaux permanente progressaient. Plusieurs modèles de comportement, relevant en partie des techniques d’homogénéisation, mais intégrant les éléments structuraux majeurs ont ainsi été progressivement mis au point et confrontés aux données de l’instrumentation mise en place sur le site au fur et à mesure de la progression de l’excavation. Par ailleurs, la référence à des travaux de même nature précédemment réalisés dans le même massif (pour une écluse à bateaux provisoire) a permis de disposer de données relatives à des comportements fonction du temps, sur quelques années, et de caler des paramètres de viscosité. En conséquence, le modèle élaboré a permis de simuler numériquement l’évolution au cours du temps des déformations à long terme de l’écluse à bateaux permanente, ouvrage de près de 160 m de profondeur dans sa section la plus profonde