Modélisation des couplages fluide/solide dans les procédés d’assemblage à haute température

On developpe dans ces travaux un outil numerique permettant de simuler le procede Friction Stir Spot Welding. Le modele est base sur un couplage fluide/solide et permet une description correcte des parties fortement malaxee et solide de la structure. Une approche ALE est utilisee avec un mouvement arbitraire defini de facon que le maillage suive la matiere dans la partie solide mais pas dans la partie pâteuse. Ceci permet la simulation de plusieurs tours de l'outil tout en suivant les bords des toles soudees durant le procede. Ce modele numerique s'appuie sur l'element fini mixte P1+/P1. Ce dernier a ete developpe avec une formulation temperature/vitesse/pression en mecanique des fluides (dans le cas d'un ecoulement laminaire incompressible et transitoire) et en mecanique des solides dans le cadre des grandes transformations. La transition fluide/solide est effectuee au moyen d'un test explicite sur une temperature moyenne par element, l'interface passant alors entre les elements du maillage. Une procedure d'actualisation de la geometrie associee a l'approche ALE est effectuee a convergence. Ce couplage a ete integre au sein d'une nouvelle option du code SYSWELD. On presente ici une premiere simulation du procede Friction Stir Spot Welding. D'autre part, deux montages specifiques sont proposes pour l'investigation du procede Friction Stir Spot Welding. Ces deux dispositifs integrent une demarche de validation globale visant a calibrer la modelisation proposee du procede. La strategie experimentale suivie est detaillee, et des premiers resultats obtenus sur un alliage d'aluminium basique sont presentes.

[1]  V. Balasubramanian,et al.  Influences of tool pin profile and tool shoulder diameter on the formation of friction stir processing zone in AA6061 aluminium alloy , 2008 .

[2]  Radovan Kovacevic,et al.  Finite element modeling of friction stir welding—thermal and thermomechanical analysis , 2003 .

[3]  Frédéric Boitout,et al.  Simulation thermomécanique du soudage par friction-malaxage , 2007 .

[4]  Michael L Santella,et al.  Friction stir spot welding of hot-stamped boron steel , 2007 .

[5]  Dung-An Wang,et al.  Microstructures and failure mechanisms of friction stir spot welds of aluminum 6061-T6 sheets , 2007 .

[6]  D. M. Gao.  A three-dimensional hybrid finite element-volume tracking model for mould filling in casting processes , 1999 .

[7]  Olivier Jaouen.  Modélisation tridimensionnelle par éléments finis pour l'analyse thermo-mécanique du refroidissement des pièces coulées , 1998 .

[8]  Michel Bellet,et al.  ALE method for solidification modelling , 2004 .

[9]  Robert B. Haber,et al.  A mixed eulerian-lagrangian displacement model for large-deformation analysis in solid mechanics , 1984 .

[10]  T. Hughes,et al.  Iterative finite element solutions in nonlinear solid mechanics , 1998 .

[11]  B. B. Grimmett,et al.  Friction stir welding studies on mild steel , 2003 .

[12]  Miss A.O. Penney.  (b) , 1974, The New Yale Book of Quotations.

[13]  M. Fortin,et al.  A stable finite element for the stokes equations , 1984 .

[14]  Lars-Erik Lindgren,et al.  FINITE ELEMENT MODELING AND SIMULATION OF WELDING. PART 3: EFFICIENCY AND INTEGRATION , 2001 .

[15]  T. Pan.  Friction Stir Spot Welding (FSSW) - A Literature Review , 2007 .

[16]  Jean-Loup Chenot,et al.  An overview of numerical modelling techniques , 1998 .

[17]  Scott F. Miller,et al.  Experimental study of joint performance in spot friction welding of 6111-T4 aluminium alloy , 2008 .

[18]  Patrick Ulysse,et al.  Three-dimensional modeling of the friction stir-welding process , 2002 .

[19]  Makhlouf Hamide.  Modélisation numérique du soudage à l'arc des aciers , 2008 .

[20]  Lars-Erik Lindgren,et al.  FINITE ELEMENT MODELING AND SIMULATION OF WELDING. PART 2: IMPROVED MATERIAL MODELING , 2001 .

[21]  Thomas Heuzé,et al.  A finite element for laminar flow of incompressible fluids with inertia effects and thermomechanical coupling , 2010 .

[22]  Computation of free surface flows with a projection FEM in a moving mesh framework , 2003 .

[23]  O. Basset.  Simulation numérique d'écoulements multi-fluides sur grille de calcul , 2006 .

[24]  Sandra Zimmer,et al.  Contribution a l'industrialisation du soudage par friction malaxage , 2009 .

[25]  Michel Deville,et al.  Modélisation numérique en science et génie des matériaux , 1998 .

[26]  C. W. Hirt,et al.  Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries , 1981 .

[27]  V. Balasubramanian,et al.  Influences of pin profile and rotational speed of the tool on the formation of friction stir processing zone in AA2219 aluminium alloy , 2007 .

[28]  N. Kikuchi,et al.  An arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method for large deformation analysis of elastic-viscoplastic solids , 1991 .

[29]  Jean-Baptiste Leblond,et al.  A new kinetic model for anisothermal metallurgical transformations in steels including effect of austenite grain size , 1984 .

[30]  G. G. Stokes.  "J." , 1890, The New Yale Book of Quotations.

[31]  Sindo Kou,et al.  Marangoni convection in weld pools with a free surface , 1989 .

[32]  Michael A. Sutton,et al.  Predicting residual thermal stresses in friction stir welded metals , 2006 .

[33]  A. Scialpi,et al.  Influence of shoulder geometry on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 6082 aluminium alloy , 2007 .

[34]  A. Mukherjee,et al.  High Strain Rate Superplasticity in a Friction Stir Processed 7075 Al Alloy , 1999 .

[35]  Paul A. Colegrove,et al.  3-Dimensional CFD modelling of flow round a threaded friction stir welding tool profile , 2005 .

[36]  Zhili Feng,et al.  Modelling of residual stresses and property distributions in friction stir welds of aluminium alloy 6061-T6 , 2007 .

[37]  T. Baudin,et al.  Mechanical Behaviour and Microstructure of Aluminum-Steel Sheets Joined by FSSW , 2008 .