A new filtering approach dedicated to heat sources computation from thermal field measurements

International audienceThis paper presents a new approach in heat source evaluation from thermal field measurements. A modal projection based on dynamics (Discrete Modal Decomposition) is used to estimate the spatial term of a heat diffusion problem. A numerical example is presented in order to validate this approach and compare it to a more classical spectral decompostion (based on strictly thermal considerations). Results show that the proposed projection basis not only provides closer assessement of the heat sources but is also more stable to measurement noise and side effects

Mise en forme d'une instrumentation de correction des déformations scoliotiques

Cet article présente un modèle éléments finis pour simuler et optimiser la mise en forme par pliage d'une pièce en titane commercialement pur destinée à une instrumentation de correction des déformations scoliotiques. L'outil numérique est en particulier utilisé comme indicateur technologique, notamment pour prévoir les dimensions de l'outillage compensant le retour élastique. Dans un premier temps, la simulation numérique est réalisée sur une pièce de référence fabriquée par le partenaire industriel. Le comportement mécanique du matériau est décrit au travers d'une loi élastique isotrope linéaire et d'un comportement plastique anisotrope. Nous montrons que le profil simulé de la pièce est en accord avec les mesures réalisées sur la pièce industrielle principalement si le phénomène de retour élastique est pris en compte. L'influence de l'angle d'ouverture de l'outillage sur ce phénomène est finalement discutée au travers d'une étude paramétrique

Étude d'un procédé de formage incrémental (les clés d'une simulation numérique performante)

L'objectif de ce travail de thèse est de proposer un modèle numérique permettant de simuler la mise en forme de viroles métalliques par un procédé de formage incrémental. Ce procédé de mise en forme est particulièrement intéressant pour les industriels car il permet d'une part de réduire les pertes de matière première et d'autre part d'obtenir des pièces avec des propriétés mécaniques améliorées. La mise au point du procédé reste néanmoins une étape fastidieuse et le recours à l'outil numérique devient indispensable si l'on souhaite atteindre le meilleur rapport qualité/coût-délai. À cette fin, le comportement mécanique d'un acier faiblement allié a été étudié à travers divers essais de traction et de cisaillement. Les résultats de ces essais mettent en évidence que le matériau présente une faible anisotropie de comportement, une faible sensibilité à la vitesse de déformation et un écrouissage cinématique (effet Bauschinger). Cette base de données expérimentales a ensuite servi à l'identification de plusieurs modèles de comportement élastoplastique phénoménologique. Deux modèles numériques différents ont alors été développés au sein du code de calculs par éléments finis Abaqus afin de simuler le formage d'une pièce de référence et d'une étude de cas industriel. Les résultats de ces simulations montrent que le modèle tridimensionnel fournit une bonne représentation du procédé de formage a contrario du modèle bidimensionnel axisymétrique construit notamment afin de réduire les temps de calculs. Par ailleurs, une étude de la sensibilité du modèle éléments finis aux différents modèles de comportement identifiés a été menée. Les résultats de cette étude ont permis de mettre en évidence que la description du comportement plastique n'a qu'une faible influence sur la géométrie de la pièce déformée alors même que le comportement élastique joue un rôle bien plus important notamment au regard du calcul du retour élastique des pièces. Il a également été montré que le choix d'une forme particulière de géométrie de pièce permettait de réduire considérablement ce phénomène. Enfin, une étude sur la modélisation du comportement du matériau avec un modèle moins phénoménologique a été entreprise. Elle permet d'avoir un caractère plus générique avec un nombre de paramètres inférieurs aux modèles phénoménologiques en considérant les hétérogénéités du matériau. Elle ouvre la voie à l'utilisation de modèle de comportement prenant en compte des phénomènes physiques au sein d'un modèle éléments finis sur une opération de formage.This Ph.D. thesis aims to propose a numerical model for modelling the incremental forming process of a metallic thin wall short tube. This process is especially interresting for manufacturer because it allows to reduce the material raw losses and to increase the mechanical properties of the part. The technical development of the process is a tedious step and the numerical simulation becomes necessary if the best ratio quality/cost-delay must be reach. To achieve this goal, the mechanical behaviour of a low-allow steel was studied with uniaxial and shear tests. The results of this tests highlight that the material has a low anisotropic behaviour, a low strain rate sensitivity and kinematic hardening (Bauschinger e ect). Then, this experimental database was used to identify several elastic-plastic phenomenological behaviour laws. Two di erent numerical models were developed in the finite element code Abaqus to simulate the forming of a reference part and an industrial study. Results of simulation show that tridimensional model is a good representation of the forming process contrary to the bidimensional model built to reduce the CPU time. Furthermore, a finite element model sensibility study of the identifying behaviour models has been carried out. The results of this study highlight that plastic behaviour description has a low influence on the formed part geometry. However, the elastic behaviour has an important influence in particular on the calculated springback. Moreover, it was shown that the choice of a particular part geometry reduce in an important way this phenomenon. Finaly, a study about the material behaviour modeling with a less phenomenological model was done. This latter is a more generic model with a lower parameters number compared with phenomenological models taking into account material heterogeneities. This study innovates for the behaviour model taking account of physical phenomenon in finite elements model on a forming process.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Développement d'un implant à géométrie variable pour le traitement des fractures du fémur proximal chez les personnes âgées

Les fractures du fémur proximal de la personne âgée sont généralement fixées par des dispositifs d ostéosynthèse. Pour les fractures particulières dites inter-trochantériennes, il est possible de fixer la fracture de manière intra-médullaire (à l intérieur de l os) ou de manière extra-médullaire (en dehors de l os). Pour chaque type de traitement, les hôpitaux sont équipés des deux systèmes de fixation. Les différences de morphologie des individus impliquent l existence de multiples références d implants et donc de surcoûts en termes d équipement. Dans ce travail de thèse, un implant original adaptable à la plupart des morphologies a été développé. Cet implant permettra non seulement d offrir aux chirurgiens une souplesse au cours des interventions chirurgicales mais aussi de réduire de manière significative les stocks d implants dans les hôpitaux. Le comportement mécanique de l implant est étudié dans différents cas de fractures par deux approches complémentaires, une méthode numérique par Éléments Finis et une approche expérimentale mettant en oeuvre des techniques de stéréo-corrélation à partir d images de caméras rapides. Les résultats des calculs numériques sont confrontés à ceux issus d essais réalisés sur des fémurs synthétiques, puis cadavériques en laboratoire d anatomie. Les comparaisons avec des implants existants montrent que ce nouveau concept d implant permet une fixation plus stable des fragments osseux et une bonne compression du foyer de fracture.Proximal femoral fractures in the elderly are generally fixed with osteosynthetic devices. For specific fractures called intertrochanteric, it is possible to fix the fracture in an intramedullary way (inside the bone) or in an extramedullary way (outside the bone). For each type of treatment, hospitals are equipped with the two fixing systems. The differences in physical characteristics between individuals imply the existence of multiple references implants and therefore additional costs in terms of equipment. In this thesis work,an original implant adaptable to most people has been developed. This implant will provide surgeons greater flexibility during surgery but also significantly reduce stocks implants in hospitals. The mechanical behavior of the implant is studied in different cases of fractures by two complementary approaches,a finite element analysis and an experimental study employing stereo-image correlation technique from images of high speed cameras. The results of the numerical calculation are compared with those derived from tests on synthetic femurs, then cadaver in anatomy laboratory. Comparisons with existing implants show that this new implant concept allows for a more stable fixation of bone fragments and a good compression of the fracture.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Volatile and Flavonoid Composition of the Peel of Citrus medica L. var. Corsican Fruit for Quality Assessment of Its Liqueur

U radu je ispitan sastav hlapljivih tvari i flavonoida u kori citrona (Citrus medica L. var. Corsican) uzgojenog na Korzici, različitog stupnja zrelosti izračunatog pomoću sume aktivnih temperatura. Razlike u stupnju razvoja plodova kvantitativno su određene plinskom kromatografijom, plinskom kromatografijom u kombinaciji s masenom spektrometrijom, te tekućinskom kromatografijom praćenom tandemskom masenom spektrometrijom. Identificirano je 30 hlapljivih komponenata eteričnog ulja dobivenog iz kore citrona, a najzastupljeniji su bili limonen i γ-terpinen. Komercijalno proizvedeni liker od citrona također je imao veliki udjel monoterpenskih ugljikovodika, među kojima su prevladavala ta ista dva spoja. Glavni su flavonoidi u citronu i likeru bili rutin i neohesperidin. Ovaj se postupak karakterizacije spojeva može primijeniti za procjenu kakvoće prehrambenih proizvoda dobivenih iz ploda citrona (C. medica var. Corsican).The volatile and flavonoid compositions of the peel of Citrus medica L. var. Corsican fruits cultivated in Corsica were studied according to the maturity of the citron fruits measured using growing degree-days. Quantitative variation with the stage of development of the fruit was observed using gas chromatography, gas chromatography-mass spectrometry, and liquid chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry. Thirty volatile compounds were identifi ed in the peel essential oil. Limonene and γ-terpinene were the major compounds. The volatile compositions of commercial citron liqueurs were also characterized by high amounts of monoterpene hydrocarbons with the same two major components. The main fl avonoid components of citron fruits and derived liqueurs were rutin and neohesperidin. This chemical characterization can be used for quality assessment of food products from C. medica var. Corsican

Simulation numérique d'un procédé de mise en forme par faible contact d'une virole acier

Cette étude concerne un nouveau procédé qui s'inspire des technologies d'usinage sans enlèvement de matière (type repoussage ou fluotournage) afin de produire des pièces creuses de révolution en acier. L'article vise à présenter les travaux de simulation numérique de ce procédé en mettant l'accent sur les difficultés rencontrées notamment liées aux cinématiques complexes, à la gestion des contacts délicate et aux temps de calculs souvent importants. Les résultats seront discutés au travers d'une approche de type confrontation modèle/expérience

Dialogue modèle-expérience et stratégie d'identification en mécanique du solide. Application à la mise en forme des matériaux.

Many industries have invested in numerical simulation in order to reduce production costs, to shorten the duration of design and manufacturing and to increase the robustness of processes. This objective presents significant challenges to the mechanical community insofar as it is necessary to set up reliable and efficient models that can reproduce the mechanical behavior of materials. The undertaken studies are part of this process and mix both experimental analysis and numerical modeling. Firstly, following a classical approach based on (i) tests with digital image correlation technique, (ii) appropriate modeling and (iii) use of models and their associated parameters, it is shown how the results of numerical simulations agree with experiment. Two examples are presented, one within the biomedical domain, another from packaging industry. Beyond this approach, a finite element model updating method using both kinematic and thermal field measurements is secondly presented. This inverse identification method is applied on tests that generate heterogeneous strain fields, for some of them out-of-plane, always for the purpose of identifying the thermo-mechanical behavior of titanium. The results highlight the interest of this technique to identify a larger number of parameters than in the above discussed studies based on classical homogeneous tests.De nombreux secteurs industriels investissent dans la simulation numérique afin de diminuer les coûts de production, de raccourcir les durées de conception et d'industrialisation des produits et d'augmenter la robustesse des procédés de fabrication. Cet objectif pose des défis importants à la communauté mécanicienne dans la mesure où il s'agit de concevoir des modèles numériques fiables et performants, capables de reproduire le comportement mécanique des matériaux. Les études entreprises, s'inscrivent dans cette démarche et concilient analyse expérimentale et modélisation numérique. Dans un premier temps, sur la base d'une logique classique suivant le triptyque : (i) essais mettant en oeuvre la technique de corrélation d'images, (ii) modélisation adaptée et (iii) utilisation des modèles et de leurs paramètres associés, il est montré comment les résultats des simulations numériques s'accordent avec l'expérience. Deux exemples sont plus particulièrement détaillés, l'un relevant du secteur biomédical, l'autre de l'industrie du packaging. Au-delà de cette logique, une approche de type recalage de modèles éléments finis à partir de mesures de champs cinématiques et thermiques est présentée dans un deuxième temps. Cette méthode d'identification inverse est mise en oeuvre sur des essais générant des champs de déformations hétérogènes, pour certains hors-plans, toujours à des fins d'identification du comportement thermomécanique du titane. Les résultats obtenus mettent en évidence l'intérêt de cette technique de pouvoir identifier un nombre plus élevé de paramètres que dans les études abordées précédemment basées sur des essais homogènes classiques

Estimation de la puissance plastique convertie en chaleur à partir de mesures de champs et d'une analyse inverse

National audienc

Etude expérimentale et simulation numérique de la mise en forme par compression et frittage de poudres

The objective of this work is to obtain a numerical tool for the simulation and optimization of the shaping process of metal powders by compaction and sintering. The proposed method is based on an experimental study of the behaviour of the materials, a phenomenological modelling and the use of the model in a finite element code. The validation of the calculations from parts manufactured in industrial environment completes the method. The first part of this manuscript is dedicated to the study of metal powders (iron-graphite and tungsten carbide-cobalt mixtures). A wide experimental study has been more particularly performed on iron-graphite powder. The experimental conditions to be adopted to obtain the intrinsic behaviour of the material have been studied. An isotropic elastoplastic law with a single hardening parameter has been then used to simulate the compaction of a complex reference part. The confrontation between numerical and experimental results shows some differences which are discussed. The deformations during sintering are studied on tungsten carbide-cobalt powder mixtures from dilatometric measurements. The experimental results allowed identifying the parameters of a simple law. The second part of this work is dedicated to the study of strontium hexaferrite slurries used in the permanent magnet manufacturing process. The behaviour of the material has been studied under various mechanical loading and thermal conditions. We showed that the simulation of the compaction of a ferrite segment from a monophasic approach was poorly adapted because it is not representative enough of the observed phenomena. Finally anisotropic shrinkages during the sintering have been calculated with a thermoelastic model. The agreement between numerical and experimental results validates the proposed approach.L'objectif de ce travail est d'obtenir un outil numérique permettant de simuler et d'optimiser le procédé de mise en forme par compression et frittage de poudres métalliques. La démarche proposée repose sur une étude expérimentale du comportement des matériaux, une modélisation phénoménologique et l'utilisation du modèle dans un code éléments finis. Une étape de validation des calculs à partir de pièces fabriquées en milieu industriel complète la démarche. La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude de poudres métalliques (mélanges fer-graphite et carbure de tungstène-cobalt). Une vaste étude expérimentale a plus particulièrement été entreprise sur le mélange fer-graphite. Les conditions expérimentales à adopter pour obtenir le comportement intrinsèque du matériau ont été étudiées. Une loi élastoplastique isotrope à une variable d'écrouissage a été ensuite retenue pour simuler la compression d'une pièce de référence complexe. La confrontation entre résultats numériques et expérimentaux montre quelques écarts qui sont discutés. Les déformations au cours du frittage sont étudiées sur les mélanges de poudres de carbure de tungstène et de cobalt à partir d'essais de dilatométrie. Les résultats expérimentaux ont permis d'identifier les paramètres d'une loi phénoménologique simple. La seconde partie de ce travail est consacrée à l'étude de pâtes d'hexaferrite de strontium destinées à la fabrication d'aimants permanents. Le comportement du matériau a été étudié sous diverses sollicitations mécaniques et thermiques. Nous avons montré que la simulation de la compression d'un segment ferrite à partir d'une approche monophasique était mal adaptée parce qu'elle n'était pas suffisamment représentative des phénomènes observés. Enfin les retraits anisotropes au cours du frittage ont été calculés à partir d'un modèle thermoélastique. L'agrément obtenu entre les résultats numériques et expérimentaux valide les calculs proposés