Numerical tensile test on a mushy zone sample

International audienceTime sequences of 3D images of an Al-Cu alloy in the mushy state are obtained using in situ and real-time X-ray microtomography during a tensile test. Surface meshes of phase interfaces are built from these images with the help of a Marching Cubes algorithm. The signed distance to the surface meshes is then computed on a finite element mesh of the volume of the phases. These signed distance functions enable to track the interfaces between the phases in an implicit way. A numerical representation of the real microstructure is thus obtained, allowing to perform a numerical tensile test which is compared with the experimental tensile test. Results retrieve the general dynamic behaviour of the strain field evolution and opens promising perspectives for further interpretations of experimental results based on numerical simulations

Fully space-time metric based anisotropic mesh adaptation for unsteady problems

International audienceThis paper presents a novel method for building unstructured meshes for time- dependent problems. We start by introducing the classical anisotropic mesh adaptation technique proposed in [1, 2]. The latter is developed based on the length distribution tensor approach and the associated a posteriori edge based error analysis. Then we extend the mesh adaptation technique to contain adaptive time advancing. A newly developed time error estimator is constructed and intends to homogenize the global error over space and time. The main purpose of this work is the development of a novel meshing algorithm, the paradoxical meshing, that provides optimal space and time meshes suitable for several simulation time subintervals. The advantage of the proposed method relies in its conceptual and computational simplicity as it only requires from the user a number of nodes and a frequency of adaptation according to which the mesh and the time-steps are automatically adapted. Numerical solutions on time-dependent problems demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed space-time error estimator

Méthode d'immersion de pièces mobiles dans des fours industriels

National audienceLe traitement thermique des pièces dans un four industriel reste un grand défi pour la simulation numérique. Hormis la prise en compte de la convection forcée, du rayonnement et de l'écoulement turbulent, il reste à traiter l'interaction entre gaz et solide d'une manière fiable. Nous proposons ici une méthode d'immersion de volume avec des objets mobiles, en utilisant une méthode d'adaptation de maillage anisotrope prédictif

Direct and multiphase numerical simulation of the Al-Cu alloy deformation in the mushy state – Comparison with in situ and real-time X-ray tomography observations

La fissuration à chaud est un défaut majeur rencontré en solidification des alliages d'aluminium. Elle est liée à l'incapacité du liquide de s'écouler dans les zones où des porosités sont présentes, ne permettant pas de les refermer avant qu'elles gagnent en volume. Pour comprendre la fissuration à chaud, il est crucial de développer nos connaissances du comportement mécanique de la zone pâteuse. Pour cela, il est très utile d'effectuer des expériences de microtomographie aux rayons X et des simulations mécaniques sur des volumes élémentaires représentatifs. Dans cette thèse, nous proposons de coupler les deux approches en initialisant une simulation par éléments finis grâce à des données de microtomographie issues d'un test de traction isotherme d'un alliage d'aluminium-cuivre à l'état pâteux. Cette approche originale nous donne directement accès à la réalité expérimentale et permet des comparaisons des évolutions numérique et expérimentale de l'éprouvette. Nous expliquons dans un premier temps comment obtenir la représentation numérique à l'aide de l'algorithme des marching cubes et de la méthode d'immersion de volume. Nous présentons ensuite notre modèle numérique qui s'appuie sur une résolution monolithique des équations de Stokes. Une fois le champ de vitesse obtenu dans l'ensemble des phases solide, liquide et gazeuse, nous utilisons une méthode level set dans un formalisme eulérien afin de faire évoluer la morphologie de notre échantillon numérique. Malgré la simplicité du modèle, les résultats expérimentaux et numériques montrent un accord raisonnable en ce qui concerne la propagation de l'air à l'intérieur de l'échantillon.Hot tearing is a major defect arising during solidification of aluminium alloys. This defect is associated with the inability of liquid to feed areas where voids have started to appear, not allowing to heal small defects before they grow bigger. To understand hot tearing, it is mandatory to develop a good knowledge of the semi-solid mechanical behaviour. It is thus very useful to carry out X-ray microtomographies experiments and mechanical simulations on representative elementary volumes. In this work, we couple the both approaches by initialising a finite element simulation with the help of microtomography data obtained during an isothermal tensile testing of an aluminium-copper alloy in the mushy state. This innovative approach gives a direct access to the experimental reality and allows comparisons of numerical and experimental evolutions of the sample. We explain in a first time how to get the numerical representation thanks to a marching cubes algorithm and the immersed volume method. Then, we present our numerical model for which we solve the Stokes equations in a monolithic way. Once the velocity computed in all the solid, liquid and gaseous phases, we use a level set method in a Eulerian formalism to obtain the morphological evolution of our numerical sample. Despite the model simplicity, numerical and experimental results show a reasonable agreement concerning the air propagation inside the sample

Simulation numérique directe multiphasique de la déformation d’un alliage Al-Cu à l’état pâteux – Comparaison avec des observations par tomographie aux rayons X in situ en temps réel

Hot tearing is a major defect arising during solidification of aluminium alloys. This defect is associated with the inability of liquid to feed areas where voids have started to appear, not allowing to heal small defects before they grow bigger. To understand hot tearing, it is mandatory to develop a good knowledge of the semi-solid mechanical behaviour. It is thus very useful to carry out X-ray microtomographies experiments and mechanical simulations on representative elementary volumes. In this work, we couple the both approaches by initialising a finite element simulation with the help of microtomography data obtained during an isothermal tensile testing of an aluminium-copper alloy in the mushy state. This innovative approach gives a direct access to the experimental reality and allows comparisons of numerical and experimental evolutions of the sample. We explain in a first time how to get the numerical representation thanks to a marching cubes algorithm and the immersed volume method. Then, we present our numerical model for which we solve the Stokes equations in a monolithic way. Once the velocity computed in all the solid, liquid and gaseous phases, we use a level set method in a Eulerian formalism to obtain the morphological evolution of our numerical sample. Despite the model simplicity, numerical and experimental results show a reasonable agreement concerning the air propagation inside the sample.La fissuration à chaud est un défaut majeur rencontré en solidification des alliages d'aluminium. Elle est liée à l'incapacité du liquide de s'écouler dans les zones où des porosités sont présentes, ne permettant pas de les refermer avant qu'elles gagnent en volume. Pour comprendre la fissuration à chaud, il est crucial de développer nos connaissances du comportement mécanique de la zone pâteuse. Pour cela, il est très utile d'effectuer des expériences de microtomographie aux rayons X et des simulations mécaniques sur des volumes élémentaires représentatifs. Dans cette thèse, nous proposons de coupler les deux approches en initialisant une simulation par éléments finis grâce à des données de microtomographie issues d'un test de traction isotherme d'un alliage d'aluminium-cuivre à l'état pâteux. Cette approche originale nous donne directement accès à la réalité expérimentale et permet des comparaisons des évolutions numérique et expérimentale de l'éprouvette. Nous expliquons dans un premier temps comment obtenir la représentation numérique à l'aide de l'algorithme des marching cubes et de la méthode d'immersion de volume. Nous présentons ensuite notre modèle numérique qui s'appuie sur une résolution monolithique des équations de Stokes. Une fois le champ de vitesse obtenu dans l'ensemble des phases solide, liquide et gazeuse, nous utilisons une méthode level set dans un formalisme eulérien afin de faire évoluer la morphologie de notre échantillon numérique. Malgré la simplicité du modèle, les résultats expérimentaux et numériques montrent un accord raisonnable en ce qui concerne la propagation de l'air à l'intérieur de l'échantillon

Immersed volume method for moving bodies with turbulent flows and conjugate heat transfer

International audienc