Ce travail porte sur la simulation numérique tridimensionnelle par éléments finis du refroidissement primaire lors de la coulée continue d'aciers via le logiciel THERCAST. L'objectif de cette étude est de modéliser avec précision les régions solides, liquides (et pâteuses) présentes dans une lingotière de coulée continue. Dans ce contexte, la stratégie globale instationnaire est utilisée : le domaine de calcul croît à la vitesse de coulée. Afin de s'affranchir des difficultés liées aux approches purement eulériennes ou langrangiennes, nous proposons une méthode de type Eulérien-Lagrangien-ALE (Arbitrairement Lagrangienne Eulérienne). La peau solidifiée est modélisée par une loi de comportement élasto-visco-plastique. Une méthode de remaillage adaptatif automatique permet de la représenter finement grâce à un maillage anisotrope très fin dans le sens des gradients de température et de contrainte. Afin de modéliser les écoulements liquides, nous avons implémenter une méthode de transport sur la densité de bulles d'argon, couplée aux équations de Navier-Stokes par le terme de force gravitationnelle. Les effets turbulents sont pris en compte par le modèle k - " standard. Tous ces développements ont été confrontés avec succès à des résultats académiques ou à des benchmarks, bien que la simulation d'une configuration industrielle prenant en compte l'ensemble de ces méthodes et phénoménologies ne soit pas encore à notre portée.

ETUDE DU GONFLEMENT DES BRAMES LORS DE LA SOLIDIFICATION. DEVELOPPEMENT DE DEUX LOGICIELS DE SIMULATION TRIDIMENSIONNELLE ET BIDIMENSIONNELLE EN DEFORMATIONS PLANES EN UTILISANT LA METHODE DES ELEMENTS FINIS

CE TRAVAIL PORTE SUR LE DEVELOPPEMENT D'UN OUTIL DE SIMULATION NUMERIQUE DU TRAITEMENT THERMIQUE DES ACIERS. LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN PROCEDE AUSSI COMPLEXE NECESSITE LA COMPREHENSION DE LA THERMIQUE, DE LA MECANIQUE ET DE LA METALLURGIE AINSI QUE DE LEURS INTERACTIONS PENDANT TOUT LE REFROIDISSEMENT. CETTE ETUDE SE TROUVE AU CARREFOUR DE PLUSIEURS DISCIPLINES COMME LE NUMERIQUE, LA MECANIQUE ET LA METALLURGIE. DANS LE BUT DE REALISER UNE ETUDE COMPLETE, CETTE ETUDE FAIT SUITE A DE PRECEDENTS TRAVAUX DANS CHACUNE DES DISCIPLINES NOMMEES, ET A POUR BUT DE FAIRE CONVERGER LES CONNAISSANCES DANS CES DOMAINES POUR REALISER L'ENSEMBLE DES COUPLAGES NECESSAIRES POUR UNE REPRESENTATION REALISTE DU PROCEDE. C'EST TOUT NATURELLEMENT QUE CE TRAVAIL SE DECOMPOSE PRINCIPALEMENT EN TROIS PARTIES : PREMIEREMENT LES METHODES NUMERIQUES EMPLOYEES POUR LA RESOLUTION DU PROBLEME THERMOMECANIQUE SONT DECRITES. LE MODELE THERMOMECANIQUE REPOSE SUR UNE LOI DE COMPORTEMENT THERMO-ELASTO-VISCOPLASTIQUE ADDITIVE A ECROUISSAGE ISOTROPE ET CINEMATIQUE. LE MODELE ELEMENTS FINIS EST BASE SUR UN TRAITEMENT ORIGINAL DE L'ELEMENT P1+/P1 DANS LE BUT DE REDUIRE LE TEMPS DE CALCUL TOUT EN CONSERVANT L'ORDRE D'INTERPOLATION DE L'ELEMENT. LE COUPLAGE THERMOMECANIQUE EST UN COUPLAGE ALTERNE PAR INCREMENT DE TYPE GAUSS-SEIDEL. CE COUPLAGE EST GERE PAR UNE GESTION AUTOMATIQUE DU PAS DE TEMPS POUR ASSURER LA CONVERGENCE GLOBALE DU SYSTEME. DANS UNE DEUXIEME ETAPE, NOUS AVONS INTEGRE UN MODELE DE CALCUL DES EVOLUTIONS DES CINETIQUES DE TRANSFORMATION DE PHASES AU COURS DU REFROIDISSEMENT DE PIECES PRESENTANT UN GRADIENT DE TENEUR EN CARBONE. FINALEMENT, NOUS AVONS DEVELOPPE LES COUPLAGES METALLURGIE-THERMOMECANIQUE, ET L'ENSEMBLE DE CES INTERACTIONS EST VALIDE SUR DES GEOMETRIES CYLINDRIQUES. ENFIN, AU DERNIER CHAPITRE NOUS PRESENTONS LA CONFRONTATION MODELE-EXPERIENCE SUR DEUX TYPES D'APPLICATION. PREMIEREMENT DANS LE CAS DE REFROIDISSEMENT NATUREL D'UN COUPON DE RAIL, ET DEUXIEMEMENT SUR LA TREMPE D'UN PIGNON AUTOMOBILE CEMENTE. LA STRATEGIE DU MODELE COUPLE PERMET D'ENVISAGER DES SIMULATIONS POUR DES CAS INDUSTRIELS DE LA PHASE DE REFROIDISSEMENT ET DE TREMPE DU PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE.

MISE AU POINT D'UN MODELE THERMOMECANIQUE DU LAMINAGE A CHAUD, DESTINE A FOURNIR LA GEOMETRIE DU METAL, LES CARTES DE TEMPERATURE, D'ECROUISSAGE, DE CONTRAINTES ET D'ENDOMMAGEMENT QU'IL A SUBI AINSI QUE LES EFFORTS ET COUPLES DE LAMINAGE

NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE NUMERIQUE POUR SIMULER LE LAMINAGE DE TUBES SUR MANDRIN (MPM) PAR 8 CAGES EN TANDEM. UNE APPROCHE EULERIENNE STATIONNAIRE A ETE UTILISEE. UN CALCUL TRIDIMENSIONNEL THERMOMECANIQUE A ETE NECESSAIRE. LE COMPORTEMENT VISCOPLASTIQUE DU MATERIAU A ETE MODELISE PAR UNE LOI DE NORTON-HOFF. NOTRE MODELE MET EN UVRE UNE LOI DE FROTTEMENT DE COULOMB-NORTON. LE PROBLEME MECANIQUE AINSI DETERMINE EST RESOLU PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. LE CALCUL THERMIQUE EST EFFECTUE PAR LA METHODE DE STREAMLINE UPWIND PETROV-GALERKIN, SUR UN MAILLAGE SPECIFIQUE QUI ATTENUE LES OSCILLATIONS NUMERIQUES DANS L'EPAISSEUR. LE MAILLAGE MECANIQUE EST ALORS UN SOUS-MAILLAGE DU MAILLAGE THERMIQUE. LE CALCUL DES SURFACES EN CONTACT UTILISE UN CRITERE EN PRESSION DE CONTACT POUR DETERMINER LE RELACHEMENT D'UN NUD, ET UN CRITERE D'IMPENETRABILITE DES OUTILS POUR DETERMINER LA MISE EN CONTACT D'UN NUD. LE CALCUL DES SURFACES LIBRES EST EFFECTUE PAR LA METHODE DES LIGNES DE COURANT. LA REACTUALISATION DE LA GEOMETRIE EST ALORS POSSIBLE, IL S'AGIT DES JUXTAPOSER LES SURFACES LIBRES ET LES SURFACES EN CONTACT. LES CALCULS DE LA VITESSE, DE LA GEOMETRIE, ET DE LA TEMPERATURE SONT EFFECTUES SEPAREMENT, AINSI, LE COUPLAGE EST FAIBLE, CELA ASSURE LA CONVERGENCE DU CALCUL GLOBAL EN UNE DIZAINE D'ITERATIONS. LES INTERACTIONS ENTRE CAGES SONT MODELISEES PAR DES EQUATIONS LINEAIRES EN VITESSES ET TENSIONS. LES COEFFICIENTS DE SENSIBILITE DES VITESSES AUX TENSIONS SONT DETERMINES PAR DERIVATION DU GRADIENT DE LA FONCTIONNELLE VISCOPLASTIQUE. LA NON-LINEARITE DES INTERACTIONS ENTRE CAGES NON IMPOSE UNE RESOLUTION ITERATIVE. AVEC DES DONNEES INDUSTRIELLES, LA CONVERGENCE DU CALCUL MULTICAGE EST ASSUREE APRES ENVIRON 3 ITERATIONS

LA DEFORMATION ELASTIQUE DES CYLINDRES EST CRITIQUE EN LAMINAGE DE PRODUITS PLATS MINCES PUISQU'ELLE CONDUIT A DES DEFAUTS D'EPAISSEUR ET DES DEFAUTS DE PLANEITE DE MEME NATURE QUE LE FLAMBEMENT. UN MODELE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL INCLUANT CES EFFETS EST PRECIEUX POUR OPTIMISER LE PILOTAGE DU LAMINOIR ET MINIMISER CES DEFAUTS. NOUS AVONS DEVELOPPE UN TEL MODELE, QUI COUPLE ITERATIVEMENT UN MODELE THERMOMECANIQUE STATIONNAIRE PAR ELEMENTS FINIS DANS LA BANDE A UN CALCUL DE CEDAGE SEMI-ANALYTIQUE. LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE CYLINDRE DE TRAVAIL SONT EGALEMENT PRIS EN COMPTE PAR ELEMENTS FINIS AFIN DE MODELISER LE BOMBE THERMIQUE. CONTRAIREMENT A D'AUTRES MODELES PRESENTES DANS LA LITTERATURE, LE MODELE DE CEDAGE DECRIT ICI TRAITE LES ECRASEMENTS INTER-CYLINDRES ET L'ECRASEMENT A L'INTERFACE BANDE-CYLINDRE A L'AIDE DE MODELES TRIDIMENSIONNELS ; LA FORME EXACTE DE LA COLLINE DE FROTTEMENT RESULTANT DU CALCUL DANS LA BANDE PAR EF Y EST PRISE EN COMPTE A L'AIDE DE COEFFICIENTS D'INFLUENCE EN ECRASEMENT A 4 INDICES. LES RESULTATS DE CE MODELE SONT FINALEMENT COMPARES A DES SIMULATIONS PAR ELEMENTS FINIS ET DES MESURES SUR LAMINOIR D'ESSAI. UN ALGORITHME ELABORE A ETE MIS AU POINT POUR GERER LES SURFACES LIBRES ET LE CONTACT DANS L'APPROCHE STATIONNAIRE PAR ELEMENTS FINIS, RETENUE ICI POUR CALCULER L'ECOULEMENT PLASTIQUE DE LA BANDE. L'EFFET DE LA RHEOLOGIE, ENTRE VISCOPLASTICITE ET ELASTOPLASTICITE, SUR LES DISTRIBUTIONS TRANSVERSES EN SORTIE D'EMPRISE DE L'EPAISSEUR ET DES CONTRAINTES LONGITUDINALES A EGALEMENT ETE ETUDIE. DES RHEOLOGIES A EFFET D'HISTOIRE, TELLES L'ELASTO-VISCOPLASTICITE, ONT PU ETRE PRISES EN COMPTE DANS LE MODELE PAR LA MISE EN UVRE D'UNE FORMULATION D'ELEMENTS FINIS ORIGINALE, BAPTISEE ELDTH (EULERIENNE-LAGRANGIENNE A PAS DE TEMPS HETEROGENE). LES HYPOTHESES FORMULEES PAR D'AUTRES AUTEURS A PROPOS DE L'ECOULEMENT PLASTIQUE DE LA BANDE ONT PU ETRE DISCUTEES A LA LUMIERE DES RESULTATS DU MODELE PAR ELEMENTS FINIS. ENFIN, NOUS PRESENTONS QUELQUES SIMULATIONS COUPLEES DE LAMINAGE A CHAUD ET DE LAMINAGE A FROID