A new model of the heat transfer in materials: the surfacic potential algorithm

This paper proposes a new simulation method of thermal transfers based on the concepts of Brownian motion via the theory of potential and the characteristics of materials. In our simulation the particles take their origins on the surface and we propose an algorithm called 'Surfacic Potential Algorithm' that allows to determine the cartography of the temperatures. This algorithm has a better convergence than the one resulting from the potential theory and allows to treat adiabatic surfaces. It also includes the thermal heterogeneity of material. Its relevance is verified on thermal problems whose analytical solution is known

Caractérisation multi-échelle et analyse par essai d'indentation instrumentée de matériaux à gradient générés par procédés mécaniques et thermochimiques de traitement de surface

Cette thèse est un travail prospectif sur la caractérisation multi-échelle de matériaux à gradient de propriétés générés par des traitements de surface de type mécanique (grenaillage à air comprimé ou par ultrasons) ou thermochimique (nitruration, implantation ionique, cémentation basse température). Les apports de plusieurs techniques de caractérisation (microscopie électronique à balayage, spectrométrie, indentation instrumentée, microscopie interférométrique), à différentes échelles, et l existence possible d une signature des traitements de surface étudiés sur le matériau ont été examinés. Une analyse multi-échelle des échantillons grenaillés par ultrasons a permis d établir un lien entre les paramètres procédé et la rugosité du matériau. Une approche originale statistique a été proposée pour déterminer la dureté d un matériau modifié par un traitement de surface donné sans altérer la surface par une rectification. Elle a permis d établir un lien entre la rugosité des échantillons grenaillés par ultrasons et leur dureté. Une recherche bibliographique détaillée a été réalisée sur la simulation de l essai d indentation instrumentée par éléments finis en étudiant une centaine d articles afin d évaluer l influence des hypothèses des modèles sur leurs résultats. A l aide d un modèle éléments finis, la sensibilité des courbes d indentation à une variation des paramètres matériau a été examinée. Cela a permis de mettre en place une réflexion sur l identification des propriétés d un matériau à gradient à l aide de l essai d indentation.This thesis is a prospective work on the multiscale characterization of plastically graded materials obtained with mechanical (shot peening using air pressure or ultrasounds) or thermochemical (nitriding, ion implantation, low temperature carburizing) surface treatments. The benefits of several characterization techniques (scanning electron microscopy, spectrometry, instrumented indentation, interferometric microscopy), at different scales, and the possible existence of a signature of the studied surface treatments on the material were examined. A multiscale analysis of the ultrasonically shot-peened specimens linked the process conditions with the material roughness. A novel statistical approach was proposed to determine the treated material roughness without deteriorating the surface through resurfacing. The latter enabled to establish a link between the shot-peened specimen roughness and their hardness. A detailed literature review of a hundred articles examined the IV simulation of the instrumented indentation test with finite elements in order to assess the effect of different hypotheses on the simulation results. Using a finite element model, the sensitivity of indentation curves to a variation of material parameters was examined. The latter enabled to reflect on the identification of the properties of plastically grade materials using the instrumented indentation test.COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

A new model of the heat transfer in materials: the surfacic potential algorithm

This paper proposes a new simulation method of thermal transfers based on the concepts of Brownian motion via the theory of potential and the characteristics of materials. In our simulation the particles take their origins on the surface and we propose an algorithm called 'Surfacic Potential Algorithm' that allows to determine the cartography of the temperatures. This algorithm has a better convergence than the one resulting from the potential theory and allows to treat adiabatic surfaces. It also includes the thermal heterogeneity of material. Its relevance is verified on thermal problems whose analytical solution is known

Modélisation du Procédé de Superfinition par Abrasion

Le papier actuel présente une tentative de technologie pour modéliser rigoureusement une surface fonctionnelle (surface de cône de pignon intermédiaire) selon ses caractéristiques de finition. La surface virtuelle d'entrée est produite par une fonction originale fractale qui reproduit la « signature » extérieure due au processus de meulage. Pour modeler l'opération de superfinition un algorithme simulant les conditions de polissage abrasives est développé et appliqué pour modifier la surface initiale fractale. L'idée fondamentale de ce modèle est que plus la taille d'une crête du profil est haute, moins est importante sa probabilité de résistance pendant un cycle d'abrasion. Le procédé de finissage de ceinture est par conséquent modélisé par cinq paramètres : deux paramètres qui caractérisent l'extérieur initial (dimension fractale et amplitude) et trois paramètres décrivant le processus de polissage d'abrasion (probabilité de résistance, volume d'usure et nombre des cycles d'abrasion). Afin de s'assurer que le composant sera fabriqué selon les caractéristiques exigées, les paramètres du modèle doivent être déterminés. À cet effet, une fonctionnelle avec une méthode d'optimisation est créée. Cette simulation fournit la morphologie de la surface initiale et comment régler le processus de superfinition pour obtenir la fonctionnalité de la surface. On exige une rugosité initiale élevée dont l'érosion soit lente pour conserver quelques vallées du profil initial (réservoirs de lubrifiant)

Mesure de la Pertinence de la Physique Multi-échelle Génie Logiciel et Mesures Statistiques Projet CETIM

L'objet principal des études en morphologie des surfaces consiste à résumer l'information de manière optimale. Dans nos études, nous étudions plus particulièrement la signification physique, les méthodes numériques et les artefacts numériques du calcul de la dimension fractale. Le problème fondamental est de répondre à la question suivante "La dimension fractale est-elle un paramètre pertinent et à quelle échelle ?" Cette question n'a aucun sens s’il n’est pas précisé « pertinent vis à vis de quels processus physiques ». Illustrons ce propos par un exemple de caractérisation de surface par mesure de rugosité : p échantillons d'un matériau ont subi différents mécanismes d'usure. n mesures de rugosité sont effectuées sur chaque échantillon (un raisonnement analogue serait applicable à la caractérisation de surface par analyse d'images). Disposant alors des mesures de rugosité, l'usage courant est d’en déduire quelques paramètres (par exemple, le Ra, Rt, Rq, etc...). Nous recherchons une corrélation entre ces quelques paramètres et les différents mécanismes d'usure. Par exemple, il peut être d'usage dans une catégorie professionnelle d'utiliser un paramètre particulier de rugosité (souvent le Ra ou le Rt) et d’analyser les relations de ce paramètre avec le phénomène d’usure puis de déduire éventuellement des caractéristiques tribologiques du matériau. Cependant, si un autre paramètre permet de mieux caractériser la surface vis à vis du phénomène d’usure, les conclusions de l’analyse doivent être nuancées, voire même différentes. De même, il est d'usage très fréquent, dans la communauté scientifique, de retenir le paramètre de morphologie de surface qui possède une interprétation physique connue (le Rq d'unesurface caractérise les phénomènes de brillance). Cependant s’il est montré expérimentalement qu'un autre paramètre de rugosité caractérise mieux le phénomène physique, alors son caractère discriminant doit être justifié.Fondation CETI

SIMULATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES MILIEUX FIBREUX EN GRANDES TRANSFORMATIONS : APPLICATION AUX RENFORTS TRICOTES

Modelling fibrous reinforcement involves to take into account, on one hand, a tridimensionnal architecture made of yarns and, on the other hand, their elementary anisotropic behavior that results from a complex microstructure. Our research consists in the development of finite element models able to cope with large deformations in order to obtain the numerical characterization of the behavior of elementary representative cells. This behavior will make it possible to simulate shaping-processes. A geometric model of a structural knit is built in order to set up a consistent 3D finite element model at mesoscopic scale. The hypo-elastic orthotropic behavior is detailed with the aid of the tensorial tool. This allow us to propose a new model: the Fibrous Equivalent Orthotropic Continuum. Lastly, some prospects for Fibrous Equivalent Anisotropic Continua models, where the strong anisotropic directions are non-orthogonal, are developed.La modélisation des renforts fibreux combine la prise en compte d'une architecture tridimensionnelle enchevêtrée de mèches et de leur comportement élémentaire anisotrope, résultant, lui-même, d'une microstructure complexe. Notre travail consiste en la mise au point de modèles éléments finis en grandes transformations permettant de caractériser numériquement le comportement des cellules élémentaires représentatives afin de simuler les procédés de mise en forme. Un modèle géométrique de la maille de tricot à l'échelle mésoscopique est construit afin de supporter un modèle éléments finis 3D cohérent. Le comportement, orthotrope et hypo-élastique, est formulé à l'aide de l'outil tensoriel. Cela nous permet de proposer et d'analyser un nouveau modèle : le Milieu Continu Equivalent Orthotrope Fibreux. Enfin, des perspectives pour des modèles de Milieux Continus Equivalents Anisotropes Fibreux, où les directions fortes d'anisotropie sont non-orthogonales, sont développées

SIMULATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES MILIEUX FIBREUX EN GRANDES TRANSFORMATIONS : APPLICATION AUX RENFORTS TRICOTES

Modelling fibrous reinforcement involves to take into account, on one hand, a tridimensionnal architecture made of yarns and, on the other hand, their elementary anisotropic behavior that results from a complex microstructure. Our research consists in the development of finite element models able to cope with large deformations in order to obtain the numerical characterization of the behavior of elementary representative cells. This behavior will make it possible to simulate shaping-processes. A geometric model of a structural knit is built in order to set up a consistent 3D finite element model at mesoscopic scale. The hypo-elastic orthotropic behavior is detailed with the aid of the tensorial tool. This allow us to propose a new model: the Fibrous Equivalent Orthotropic Continuum. Lastly, some prospects for Fibrous Equivalent Anisotropic Continua models, where the strong anisotropic directions are non-orthogonal, are developed.La modélisation des renforts fibreux combine la prise en compte d'une architecture tridimensionnelle enchevêtrée de mèches et de leur comportement élémentaire anisotrope, résultant, lui-même, d'une microstructure complexe. Notre travail consiste en la mise au point de modèles éléments finis en grandes transformations permettant de caractériser numériquement le comportement des cellules élémentaires représentatives afin de simuler les procédés de mise en forme. Un modèle géométrique de la maille de tricot à l'échelle mésoscopique est construit afin de supporter un modèle éléments finis 3D cohérent. Le comportement, orthotrope et hypo-élastique, est formulé à l'aide de l'outil tensoriel. Cela nous permet de proposer et d'analyser un nouveau modèle : le Milieu Continu Equivalent Orthotrope Fibreux. Enfin, des perspectives pour des modèles de Milieux Continus Equivalents Anisotropes Fibreux, où les directions fortes d'anisotropie sont non-orthogonales, sont développées

Contribution à l'approche numérique multi-échelles pour la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort interlock

COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Simulation du comportement mécanique des milieux fibreux en grandes transformations (application aux renforts tricotés)

PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF