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Simulation numérique par éléments finis bidimensionnels du remplissage de moules de fonderie et étude experimentale sur maquette hydraulique / Laurence Gaston ; sous la direction de Michel Bellet

Auteur principal : Gaston, LaurenceAuteur secondaire : : Bellet, Michel, chercheur en génie des matériaux, Directeur de thèseAuteur secondaire collectivité : École nationale supérieure des mines, Paris, Organisme de soutenance;Centre de mise en forme des matériaux, Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes, Organisme de soutenancePublication :1997Description : 1 vol. (XI-189 p.) : ill. en noir et en coul. ; 30 cmClassification : 001.D.11.C.01.F ; 620Résumé : Ce travail porte sur la simulation numérique par éléments finis, d'écoulements bidimensionnels incompressibles à surface libre instationnaire. L'application industrielle visée est la phase de remplissage des procédés de mise en forme des métaux par fonderie. Afin de contourner les inconvénients respectifs des approches purement eulériennes et purement lagrangiennes, nous proposons une approche intermédiaire de type ALE (arbitrairement lagrangienne eulérienne) : à chaque incrément de temps, les équations d'équilibre mécanique (Navier-Stokes incompressibles) sont résolues sur le domaine fluide, après discrétisation en temps et en espace. Dans le même temps, une vitesse de maillage indépendante de la vitesse matérielle est calculée de manière à optimiser la forme des éléments (régularisation) tout en respectant le flux de matière en frontière. Les échanges thermiques sont traités par une résolution découplée de l'équation de la chaleur restreinte au fluide, et les effets turbulents, s'ils existent, sont pris en compte par le modèle K- standard. Le logiciel de simulation du remplissage ainsi construit a été validé dans diverses configurations académiques de la littérature, et confronté avec succès à des résultats de coulée de métaux en moule instrumenté. Une campagne expérimentale sur maquette hydraulique transparente a permis de montrer l'aptitude du modèle mécanique à représenter les évolutions de front de matière dans des géométries complexes caractéristiques de la fonderie.; This work deals with the numerical simulation of unsteady free surface flows of incompressible viscous fluids with the finite element method. In order to overcome the limitations due to both purely Eulerian and purely Lagrangian approaches, an intermediate ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) formulation is proposed : at each time increment, the mechanical equilibrium (incompressible Navier-Stokes equations) is solved on the fluid domain, after time and space discretization. At the same time, a mesh velocity is computed using a regularization technique that enables to keep the mesh as near as possible to the optimum and respects the material flux. The thermal equilibrium is solved in an uncoupled way, and turbulent effects, if present, are taken into account via a standard k-Є model. The resulting filling software has been validated on various classical test cases, and succesfully compared to results of metal flows on an instrumented mould. In addition, hydraulic experiments on a transparent model have shown the ability of the present approach to describe free surface evolutions in complex geometries, such as those encoutered in casting..Bibliographie: Bibliogr. p. [185-190], 95 réf..Thèse : .Sujet - Nom d'actualité : Euler, Équations d' -- Thèses et écrits académiques ;Lagrange, Équations de -- Thèses et écrits académiques ;Fluides, Mécanique des -- Thèses et écrits académiques Sujet : Maquette ;Logiciel ;Fonderie ;Modèle ;Ecoulement incompressible ;Métal ;Simulation numérique ;Remplissage moule ;Simulation numérique ;Elément fini ;Méthode élément fini ;Remplissage moule ;Fonderie ;Mécanique fluide ;Surface libre ;Equation Euler Lagrange ;Turbulence Sujet Catégorie : METALLURGIE-SIDERURGIE
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Bib. Paris
EMP 145.004 CCL.TH.865 Available EMP52213D
Bib. Paris
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Sophia Antipolis
EMS T-CEMEF-0182 Sur demande Bibliothèque de Sophia EMS T-CEMEF-0182

Bibliogr. p. [185-190], 95 réf.

Thèse de doctorat Sciences et Génie des Matériaux ENSMP 1997

Ce travail porte sur la simulation numérique par éléments finis, d'écoulements bidimensionnels incompressibles à surface libre instationnaire. L'application industrielle visée est la phase de remplissage des procédés de mise en forme des métaux par fonderie. Afin de contourner les inconvénients respectifs des approches purement eulériennes et purement lagrangiennes, nous proposons une approche intermédiaire de type ALE (arbitrairement lagrangienne eulérienne) : à chaque incrément de temps, les équations d'équilibre mécanique (Navier-Stokes incompressibles) sont résolues sur le domaine fluide, après discrétisation en temps et en espace. Dans le même temps, une vitesse de maillage indépendante de la vitesse matérielle est calculée de manière à optimiser la forme des éléments (régularisation) tout en respectant le flux de matière en frontière. Les échanges thermiques sont traités par une résolution découplée de l'équation de la chaleur restreinte au fluide, et les effets turbulents, s'ils existent, sont pris en compte par le modèle K- standard. Le logiciel de simulation du remplissage ainsi construit a été validé dans diverses configurations académiques de la littérature, et confronté avec succès à des résultats de coulée de métaux en moule instrumenté. Une campagne expérimentale sur maquette hydraulique transparente a permis de montrer l'aptitude du modèle mécanique à représenter les évolutions de front de matière dans des géométries complexes caractéristiques de la fonderie.

This work deals with the numerical simulation of unsteady free surface flows of incompressible viscous fluids with the finite element method. In order to overcome the limitations due to both purely Eulerian and purely Lagrangian approaches, an intermediate ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) formulation is proposed : at each time increment, the mechanical equilibrium (incompressible Navier-Stokes equations) is solved on the fluid domain, after time and space discretization. At the same time, a mesh velocity is computed using a regularization technique that enables to keep the mesh as near as possible to the optimum and respects the material flux. The thermal equilibrium is solved in an uncoupled way, and turbulent effects, if present, are taken into account via a standard k-Є model. The resulting filling software has been validated on various classical test cases, and succesfully compared to results of metal flows on an instrumented mould. In addition, hydraulic experiments on a transparent model have shown the ability of the present approach to describe free surface evolutions in complex geometries, such as those encoutered in casting.

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