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Equipe Thermo-Mécanique et Plasticité

Equipe TMP

 

Responsable :

Michel Bellet

 


Enseignants-chercheurs :

Guillemot Gildas

Elisabeth Massoni

Yancheng Zhang

 

 


Domaines de recherche :

mécanique, thermique, plasticité, modélisation et simulation numérique, éléments finis


Applications :

Mise en forme de tôles, compaction de poudres, fonderie, coulée de lingots, coulée continue, soudage, fabrication additive

 

homepage équipe TMP CEMEF

 

Objectifs principaux de l'équipe TMP :

La caractérisation expérimentale et la modélisation numérique des phénomènes thermomécaniques dans les procédés de mise en forme des métaux, plus particulièrement les procédés de déformation des produits minces, de compaction de poudres, et ceux faisant intervenir la solidification : coulée par voie fonderie, lingots ou en continu, soudage, et fabrication additive.


 

Projets :

  • Projet "CCEMLCC-III"de l'ESA (Agence Spatiale Européenne), Microgravity Applications Promotion Programme ("MAP") : Chill Cooling for the ElectroMagnetic Levitator in relation with Continuous Casting of Steel – 3rd Round, 2016-2018. Interactions mécaniques entre solide et liquide en solidification et conséquence sur la macro-ségrégation.

  • Projet FUI "COMCEPT" (COussins pour Matériaux Complexes Et PerformanTs, 01/01/2013-31/12/2017). Consortium de partenaires de l'industrie sidérurgique. Etude de l'interaction mécanique entre acier liquide et poudre de protection (coussin). Définition et étude d'un critère de déstabilisation et d'entraînement d'inclusion.

  • Projet Carnot-Mines "CEFALE – Fabrication additive de pièces en céramique par procédé SLM" (2015-2017). Simulation numérique du procédé de fusion de lit de poudre par laser (SLM – Selective Laser Melting).

 

Equipements et logiciels de l'équipe TMP :

  • Logiciels : FORGE®, THERCAST®, TRANSWELD®, CimLib

  • Banc de soudage instrumenté. Procédé MIG/MAG avec camera rapide, capteurs de déplacement LVDT, mesure de champ de déplacement par corrélation d'image, thermocouples, caméra thermique infra-rouge

  • Machine "Dedimet" de caractérisation du comportement à haute température. Chauffage résistif par effet Joule dans enceinte sous atmosphère contrôlée ou sous vide, avec extensométrie globale par nappe laser, mesure de champ de déplacement par corrélation d'image (mouchetis de peinture ou mouchetis virtuel de speckles laser), capteur de force, thermocouples, caméra thermique infra-rouge, couplage avec modélisation numérique et procédure d'identification automatique des paramètres de la loi de comportement par analyse inverse.
  •  

     


Axes de recherche :

  • Mise en forme de produits minces

  • Compaction de poudres métalliques

  • Thermomécanique et solidification

  • Soudage et fabrication additive

  • Caractérisation du comportement à haute température

 

Mots-clés de l'équipe MSR :

Thermo-mécanique, plasticité, écoulements, éléments finis, formabilité, solidification, soudage, fabrication additive, loi de comportement, caractérisation expérimentale

 

Relations académiques :

  • Institut Jean Lamour, Université de Lorraine (Nancy)

  • Arts et Métiers ParisTech (Paris, Aix-en-Provence)

  • Institut Carnot de Bourgogne (Le Creusot)

 

Relations industrielles :

Airbus, ArcelorMittal, Areva, Nippon Steel & Sumitomo Metals, Safran…

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Fait marquant récent de l'équipe TMP :

Simulation multi-échelle du procédé de fabrication additive par fusion de lit de poudre par laser (procédé SLM, selective laser melting).

 

L'équipe s'est engagée dans le développement de deux approches numériques, une à l'échelle de la formation du dépôt incrémental élémentaire (approche meso), l'autre à l'échelle de la pièce (approche macro). La première, développée au cours de la thèse de Qiang Chen, est centrée sur la fusion du lit de poudre et l'hydrodynamique de la zone fondue. Elle vise à appréhender l'aptitude d'un matériau donné au SLM sous des conditions de process définies : forme et régularité du cordon, intensité des contraintes dans le voisinage de la zone de fusion/solidification, risque de fissuration. La seconde, l'approche macro, est développée par Yancheng Zhang dans le cadre de sa période de Tenure Track. Plus orientée sur la thermo-mécanique du solide, en incluant l'effet de la poudre non lasée, elle a pour but de calculer pendant la construction la distribution de la température, ainsi que des contraintes et des déformations. L'objectif est d'évaluer l'impact de la stratégie de construction en couches sur les distorsions finales et les contraintes résiduelles. Un autre point important est la sollicitation mécanique des supports – ajoutés à la pièce proprement dite – et leur risque de rupture en cours de construction.

 

Publications : 2008 - Juin 2017

Cerri O., Chastel Y., Bellet M., "Hot Tearing in Steels During Solidification:  Experimental Characterization and Thermomechanical Modeling", Journal of Engineering Materials and Technology 130, 2 (2008) 021018-1 – 021018-7

Hamide M., Massoni E., Bellet M., "Adaptive mesh technique for thermal-metallurgical numerical simulation of arc welding processes", Int. J. Num. Meth. Engng. 73, 5 (2008) 624-641

Bellet M., Cerri O., Bobadilla M., Chastel Y., "Modeling hot tearing during solidification of steels: assessment and improvement of macroscopic criteria through the analysis of two experimental tests", Metallurgical and Materials Transactions A 40 (2009) 2705-2717

Bellet M., Combeau H., Fautrelle Y., Gobin D., Rady M., Arquis E., Budenkova O., Dussoubs B., Duterrail Y., Kumar A., Gandin C.-A., Goyeau B., Mosbah S., Zalo¸nik M., "Call for contributions to a numerical benchmark problem for 2D columnar solidification of binary alloys", International Journal of Thermal Sciences 48 (2009) 2013-2016

Liu W., Xie C., Bellet M., Combeau H., "2-Dimensional FEM modeling of macrosegregation in the directional solidification with mesh adaptation", Acta Metall. Sin. 22 (2009) 233-240

Sornin D., Fayolle S., Bouchard P.O., Massoni E., "Plastic instabilities analysis during T-shaped tubes hydro-forming process", Int. J. Mat. Forming 2 (2009) 131-144

Aarbogh H.M., Hamide M., Fjaer H.G., Mo A., Bellet M., "Experimental validation of finite element codes for welding deformations", Journal of Materials Processing Technology 210, 13 (2010) 1681–1689, doi:10.106/j.matprotec.2010.05.014

Hachem E., Rivaux B., Kloczko T., Digonnet H., Coupez T., "Stabilized finite element method for incompressible flows with high Reynolds number", J. Comp. Phys. 229 (2010) 8643-8665

Hachem E., Digonnet H., Massoni E., Coupez T., "Enriched finite element spaces for transient conduction heat transfer", Applied Mathematics & Computation 217, Issue 8 (2010) 3929-3943

Mosbah S., Bellet M., Gandin C.-A., "Experimental and numerical modeling of segregation in metallic alloys", Metallurgical and Materials Transactions A 41, 3 (2010) 651-669

Revil-Baudard B., Massoni E., "Simulation of titanium alloys behaviour for cold forming processes of metal sheets", Mécanique & Industries 11, 3-4 (2010) 265–270

Zhang C., Bellet M., Bobadilla M., Shen H., Liu B., "A Coupled Electrical-Thermal-Mechanical Modeling of Gleeble Tensile Tests for Ultra-High-Strength (UHS) Steel at a High Temperature", Metallurgical and Materials Transactions A 41, 9 (2010) 2304-2317

Zhang C., Bellet M., Bobadilla M., Shen H., Liu B., "Finite Element Modelling of Tensile Test for Micro-Alloyed Low Carbon Steel at High Temperature", Acta Metallurgica Sinica 46, 10 (2010) 1206-1214

Hachem E., Massoni E., Coupez T., "3D monolithic finite element approach for aero-thermics processes in industrial furnaces", ESAIM: Proceedings 33 (2011) 36-49

Mondalek P., Silva L., Bellet M., "A Numerical Model for Powder Densification by SPS Technique", Advanced Engineering Materials 13, 7 (2011) 587-593

Zhang C., Bellet M., Bobadilla M., Shen H., Liu B., "Inverse finite element modelling and identification of constitutive parameters of UHS steel based on Gleeble tensile tests at high temperature", Inverse Problems in Science and Engineering 19, 4 (2011) 485-508

Hachem E., Digonnet H., Massoni E., Coupez T., "Immersed volume method for solving natural convection, conduction and radiation of a hat-shaped disk inside a 3D enclosure", International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow 22, 6 (2012) 718-741

Carozzani T., Gandin C.-A., Digonnet H., Bellet M., Zaidat K., Fautrelle Y., "Direct simulation of a solidification benchmark experiment", Metallurgical and Materials Transactions A 44, 2 (2013) 873-887

Hachem E., Jannoun G., Veysset J., Henri M., Pierrot R., Poitrault I., Massoni E., Coupez T., "Modeling of heat transfer and turbulent flows inside industrial furnaces", Simulation Modelling Practice and Theory 30 (2013) 35-53

Jansen Y., Logé R.E., Milesi M., Massoni E., "An anisotropic stress based criterion to predict the formability and the fracture mechanism of textured zinc sheets", Journal of Materials Processing Technology, 213, 851-855 (2013)

Bellet M., Hamide M., "Direct modeling of material deposit and identification of energy transfer in gas metal arc welding", International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 23, 8, 1340-1355 (2013)

Koshikawa T., Gandin C.-A., Bellet M., Yamamura H., Bobadilla M., "Computation of phase transformation paths in steels by a combination of the partial- and para-equilibrium thermodynamic approximations", ISIJ International, 54, 6, 1274-1282 (2014)

Desmaison O., Bellet M., Guillemot G., "A level set approach for the simulation of the multipass hybrid laser/GMA welding process", Computational Materials Science, 91, 240-250 (2014)

Chen S., Guillemot G., Gandin C.-A., "3D Coupled Cellular Automaton (CA)–Finite Element (FE) Modeling for Solidification Grain Structures in Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)", ISIJ International, 54, 2, 401-408 (2014)

Saby M., Massoni E., Bozzolo N., "A metallurgical approach to individually assess the rheology of alpha and beta phases of Ti-6Al-4V in the two-phase domain", Materials Characterization, 89, 88-92 (2014)

Saad A., Gandin C.-A., Bellet M., "Temperature-based energy solver coupled with tabulated thermodynamic properties - Application to the prediction of macrosegregation in multicomponent alloys", Computational Materials Science, 99, 221-231 (2015)

Saad A., Gandin C.-A., Bellet M., Shevchenko N., Eckert S., "Simulation of channel segregation during directional solidification of In-75 wt pct Ga. Qualitative comparison with in situ observations", Metallurgical and Materials Transactions A, 46, 11, 4886-4897 (2015)

Bellet M., Qiu G., Carpreau J.-M., "Comparison of two hot tearing criteria in numerical modelling of arc welding of stainless steel AISI 321", Journal of Materials Processing Technology, 230, 143-152 (2016)

Koshikawa T., Bellet M., Gandin C.-A., Yamamura H., Bobadilla M., "Study of hot tearing during steel solidification through ingot punching test and its numerical simulation", Metallurgical and Materials Transactions A, 47, 4053-4067 (2016)

Chen S., Guillemot G., Gandin C.-A., "Three-dimensional cellular automaton-finite element modeling of solidification grain structures for arc-welding processes", Acta Materialia, 115, 448-467 (2016)

Koshikawa T., Bellet M., Gandin C.-A., Yamamura H., Bobadilla M., "Experimental study and two-phase numerical modelling of macrosegregation induced by solid deformation during punch pressing of solidifying steel ingots", Acta Materialia, 124, 513-527 (2017)

Martins D., Grumbach F., Manière C., Sallot P., Mocellin K., Bellet M., Estournès C., "In-situ creep law determination for modeling Spark Plasma Sintering of TiAl 48-2-2 powder", Intermetallics, 86, 147-155 (2017)

Chen Q., Guillemot G., Gandin C.-A., Bellet M., "Three-dimensional finite element thermomechanical modeling of additive manufacturing by selective laser melting for ceramic materials", Additive Manufacturing, 16, 124-137 (2017)


 

Interactions avec les équipes CEMEF suivantes :

  • CSM et MSM (compaction de poudres)
  • MSR (formabilité, couplages métallurgiques)
  • SP2 (physique de la solidification)

 

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