Costes, Frédéric (2004) Modélisation thermomécanique tridimensionnelle par éléments finis de la coulée continue d'aciers. PhD thesis Mécanique Numérique, ENSMP - CEMEF Centre de Mise en Forme des Matériaux, ENSMP.

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Abstract

In this work, we introduce a thermo-mechanical model of the steel continuous casting process, in three dimensions. With our approach, it is possible to obtain thermo-mechanical steady-state solution of the process, for the whole product. The thermo-mechanical history of the product can thus be deduced, by viewing the stress and temperature fields, for instance. One of the expected results deals with the bulging between rolls, which is known to give birth to segregation phenomena. We base our study on the global non steady-state strategy using a Lagrangian approach. The flow of matter in the studied domain is simulated through one injection tool located in the upper surface of the domain. The lower face is supposed to be driven down at the starting block velocity. However, the mesh displacement at the upper surface is imposed to zero and consequently the mesh volume enlarges continuously. The evolution of the mesh - relocation of nodes, creation of new nodes - is treated by a specific generation mesh technique. Concerning the model, non-steady thermo-mechanical conservation equations are solved. The approach to the mechanical problem is of equivalent one-phase type (velocity and pressure are the unknowns). In our approach, natural convection and macrosegregation are neglected but thermal dilatation and solidification shrinkage are accounted for. Solid, mushy and liquid states obey respectively to elastoviscoplastic, viscoplastic and Newtonian behaviours. The rheology of the solid state is calculated thanks to laws from the literature. These developments have been validated on industrial cases, showing a good qualitative and quantitative agreement.

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Table of content

Table des matières
Introduction: présentation du procédé de coulée continue d'aciers et objectifs de la thèse
Chapitre 1 - Modélisation du procédé de coulée continue d'aciers
1.1 Approche du procédé ou choix d'une stratégie de résolutio
1.1.1 Les stratégies stationnaires
1.1.2 Les stratégies instationnaires
1.2 Choix du formalisme: eulérien ou lagrangien ?
1.3 Notions de maillage/remaillage
1.3.1 Rappel sur la définition d'un maillage
1.3.2 Opérations sur les topologies de maillage: le mailleur
1.3.3 Transport des variables de l'ancien vers le nouveau maillage
1.4 Adaptation du mailleur à la stratégie globale instationnaire
1.4.1 Extraction de topologie
1.4.2 Exemple d'application
1.4.3 Application à la coulée continue: introduction d'une zone tampon
Chapitre 2 - Modélisation thermomécanique avec le logiciel Thercastr
2.1 Introduction
2.2 Les équations de conservation
2.3 Lois de comportement
2.3.1 Loi de comportement pour la thermique
2.3.2 Lois de comportement pour la mécanique
2.4 Conditions aux limites et initiales
2.4.1 Pour le problème thermique
2.4.2 Pour le problème mécanique
2.5 Adaptation du problème thermomécanique à la coulée continue
2.5.1 Les différentes géométries de machine de coulée continue
2.5.2 Nomenclature de la stratégie globale instationnaire
2.5.3 Conditions aux limites pour le problème thermique
2.5.4 Conditions aux limites pour le problème mécanique
Chapitre 3 - Résolution numérique du problème thermomécanique
3.1 Formulation forte du problème thermomécanique à résoudre
3.2 Résolution découplée du problème thermomécanique
3.3 Résolution du problème thermique T
3.3.1 Formulation faible et discrétisation spatiale
3.3.2 Discrétisation temporelle
3.4 Résolution du problème mécanique M
3.4.1 Formulation faible et discrétisation temporelle
3.4.2 Gestion incrémentale du contact unilatéral
3.4.3 Discrétisation spatiale
Chapitre 4 - Validation et exploitation du logiciel Thercastr pour la coulée continue d'aciers
4.1 Validation du problème thermique
4.1.1 Présentation et mise en données
4.1.2 Résultats thermiques
4.2 Résultats obtenus pour la machine de Sollac - Dunkerque
4.2.1 Présentation de la machine et mise en données
4.2.2 Prédiction du gonflement entre les rouleaux
4.2.3 Prédiction de défauts: analyse des contraintes
4.2.4 Quelques mots sur l'optimisation du temps de calcul
4.3 Cas 3D: la machine de coulée d'Hagondange
4.3.1 Présentation de la machine
4.3.2 Résultats thermiques
4.3.3 Résultats Mécaniques
Conclusions et perspectives
Annexes
Annexe A Acier 18M5
Annexe B Acier 100C6
Bibliographie

Statistiques de consultation

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