Academic literature on the topic 'Verre – Fabrication – Simulation par ordinateur'

Cette thèse traite de la modélisation numérique de la mise en forme du verre par le procédé soufflé-soufflé, permettant le formage en deux étapes de soufflage. L'étude bibliographique a montré que pour simuler efficacement ce procédé, il est nécessaire de prendre en compte deux paramètres importants : le rayonnement thermique du verre et l'échange thermique entre le verre et les outils. Cet échange thermique est représenté par le coefficient de transfert thermique hc identifié expérimentalement. Un modèle thermique numérique 1D prenant en compte les effets radiatifs a été développé pour simuler le contact entre un poinçon métallique et un cylindre de verre. Ce modèle a été couplé à une méthodologie d'identification inverse pour déterminer hc à partir de données expérimentales. L'influence de la température du verre, de la position du thermocouple et du rayonnement sur l'identification de hc a été étudiée. L'originalité de ces travaux concerne la prise en compte du rayonnement dans l'identification de hc ainsi que l'utilisation de la méthode Back Ray Tracing (BRT) pour la résolution de l'équation de transfert radiatif en 2D axisymétrique. Le code est couplé avec le logiciel Abaqus/Standard afin de prendre en compte le rayonnement du verre dans la simulation du procédé de formage. Enfin, un modèle éléments finis thermomécanique a été développé sous Abaqus/Standard afin de simuler le procédé soufflé/soufflé en 2D axisymétrique d'une bouteille de verre standard. Une discussion est menée sur l'apport du coefficient d'échange thermique identifié expérimentalement et du modèle de rayonnement sur la formabilité de la bouteille<br>This thesis deals with the numerical modeling of glass forming by the blow and blow process, allowing the glass forming of glass in two blowing steps. The bibliographic study has shown that in order to efficiently simulate this process, it is necessary to take two important parameters into account: the thermal radiation of the glass and the thermal exchange between the glass and the tools. This thermal exchange is represented by the experimentally identified heat transfer coefficient hc. A 1D numerical thermal model taking the radiative effects into account has been developed to simulate the contact between a metal punch and a glass cylinder. This model was coupled with an inverse identification methodology to determine hc from experimental data. The influence of the glass temperature, of the thermocouple position and of the radiation on the identification of hc has been studied. The originality of this work concerns the inclusion of radiation in the identification of hc as well as the use of the Back Ray Tracing (BRT) method to solve the radiative transfer equation (RTE) in 2D axisymmetric. The code is coupled with the Abaqus/Standard software to take the radiation of the glass into account in the simulation of the forming process. Finally, a thermomechanical finite element model has been implemented in Abaqus/Standard in order to simulate the 2D axisymmetric blow and blow process of a standard glass bottle. A discussion is made on the contribution of the experimentally identified heat transfer coefficient and the radiation model on the formability of the bottle

Le procédé d'élaboration par induction en creuset froid appliqué aux verres présente d'incomparables avantages liés à l’absence de contact entre le verre fondu, matériau très réactif, et la paroi du creuset. La mise au point de tels procédés se révèle complexe et délicate. La modélisation numérique est alors un outil d'analyse et d’extrapolation indispensable. L’analyse des phénomènes physiques intervenant dans le procédé étudié fait apparaître une forte variation des propriétés physiques du verre en fonction de la température et de la composition, une forte interaction entre les phénomènes électromagnétique et thermique ainsi que l'apparition d’une source thermique supplémentaire dans le cas des verres dits semi-transparents due au transfert radiatif. Le mémoire présente, après une étude bibliographique sur les différentes méthodes permettant de modéliser le transfert radiatif, la modélisation de ce phénomène par une méthode des ordonnées discrètes en éléments finis. Le couplage des phénomènes électromagnétique et thermique avec prise en compte du transfert radiatif est réalisé. La forte interdépendance de ces trois phénomènes est modélisée. De plus pour chacun des phénomènes modélisés la méthode numérique la mieux adaptée est choisie. Une validation du modèle thermique avec transfert radiatif est effectuée par la comparaison avec des exemples trouvés dans la littérature. Une campagne de mettre sur prototype industriel a été réalisée permettant une première validation du modèle magnétothermique avec transfert radiatif<br>The cold crucible induction process applied to glasses presents incomparable advantages related to the absence of contact between the molten glass, highly reactive material, and the crucible wall. The development of such methods is complex and delicate. Numerical modeling is a tool for analysis and extrapolation. Analysis of physical phenomena existing in the studied method shows a wide variation in physical properties of the glass depending on both temperature and composition, a strong interaction between the electromagnetic and thermal phenomena and the occurrence of a heat source further in the case of semi-transparent glasses due to radiative transfer. The thesis presents, after a bibliographic study on different methods to model the radiative transfer, a model of this phenomenon by a discrete method of based on finite elements. The coupling of electromagnetic and thermal phenomena taking into account radiative transfer is made. The strong interdependence of these three phenomena is modeled. In addition to each of the modeled phenomena the most appropriate numerical method is chosen. A validation of the model with thermal radiative transfer is done by comparison with examples found in the literature. A campaign on industrial prototype is carried out for a first validation of the model with thermo-magnetic radiation transfer

Le procédé de fabrication par fusion de poudre à l'aide d'un faisceau d'électrons est appelé procédé Electron Beam Melting (EBM). Il permet la fabrication de pièces métalliques à partir de poudres. Grâce au niveau de qualité (géométrique et mécanique) des pièces produites, le procédé peut être utilisé afin de produire des pièces fonctionnelles et non plus uniquement des prototypes. Ce procédé, ainsi que les autres procédés additifs métalliques, permettent d'envisager le passage de l'impression 3D à la fabrication additive métallique.L'utilisation de la fabrication additive dans un contexte industriel impose le respect de critères en termes de qualité, coût et délai des pièces produites. L'ensemble des étapes numériques de mise en production d'une pièce constitue la chaîne numérique. Cette dernière a un impact fort sur l'ensemble de ces trois critères. Ainsi, cette thèse apporte une réponse à la question suivante :Comment la fabrication assistée par ordinateur peut-elle améliorer le triptyque qualité, coût, délai du procédé de fabrication EBM?Le problème est abordé par la question sous-jacente suivante :Quelles caractéristiques doit posséder un environnement de fabrication assistée par ordinateur adapté au procédé EBM ?Pour répondre à cette question, la chaîne numérique actuelle est analysée . Les principales limites identifiées sont :- l'utilisation de fichiers au format STL- l’impossibilité d’optimiser le procédé à différentes échelles- l’impossibilité de simuler le procédé EBMAfin de résoudre l'ensemble des problèmes énoncés, un environnement de FAO est proposé. Celui-ci permet de centraliser l'ensemble des opérations de mise en production au sein d'un environnement unique. Il autorise le travail avec l'ensemble des formats de fichiers reconnus comme les formats natifs des logiciels de CAO ou le format STEP. Des développements informatiques permettent de concrétiser l’environnement proposé.L'implémentation de l'environnement de FAO a mis en évidence le rôle fondamental de la simulation au sein de celui-ci. Il a donc fallu répondre à la question :Comment obtenir une simulation du procédé EBM permettant sa mise au point hors ligne en temps raisonnable ?Bien que la simulation du procédé EBM est largement traitée dans la littérature scientifique, les études proposées reposent sur la méthode des éléments finis et le temps de calcul nécessaire n'est pas compatible avec une utilisation au sein d'un environnement de FAO. Un type de simulation alternatif a donc été créé : une simulation par abaques. Elle est constituée d’une simulation par la méthode des éléments finis qui permet d'obtenir des cartes de températures pour des cas de chauffes et de refroidissements standards. Ces cartes de températures sont ensuite transformées en abaques. La simulation par abaques est vue comme la succession d'une multitude de cas standards. Ainsi l'algorithme de simulation par abaques cherche l'abaque le plus proche de la situation simulée, afin d’estimer les températures au pas de temps suivant.Cette méthode de simulation a permis une réduction des temps de calcul tout en gardant une précision suffisante pour pouvoir être utilisée pour optimiser les paramètres de fabrication.Grâce à une telle simulation, un outil d'optimisation des stratégies de fusion a pu être créé. Il permet d’améliorer la qualité des pièces produites en calculant des stratégies de fusion respectant certains critères thermiques.Les apports majeurs de ces travaux de thèses sont :- l'établissement d'un cahier des charges pour une chaîne numérique performante en EBM- le développement d'un environnement de FAO adapté au procédé EBM- la mise au point d'une simulation rapide du procédé EBM basée sur des abaques- la création d'un outil d'optimisation des stratégies de fusion<br>The Electron Beam Melting (EBM) process allows to build metallic parts from powder. Thanks to the geometric and mechanical quality of the parts produced, the EBM process can be used to manufacture functional parts and not only prototypes. This process, with other additive metallic processes, make it possible to consider a transition from 3D printing to metallic additive manufacturing.The use of additive manufacturing in an industrial environment requires compliance with quality, cost and time criteria for the parts produced. The production of manufactured parts involves a series of numerical stages which is called the numerical chain. The numerical chain has a significant impact on the three criteria mentioned above. Thus, this thesis provides an answer to the following question:How Computer Aided Manufacturing can improve the quality, cost and time of the EBM manufacturing process?This problem is addressed through the following underlying question:What are the required characteristics for a Computer Aided Manufacturing system adapted to the EBM process?In order to answer this question, the current numerical chain is analyzed. Three main limitations are found:- the use of STL files format- the process cannot be optimized at different scales- the process cannot be simulatedTo solve these issues, a CAM environment is proposed. It allows the centralization of all numerical operations in a single environment. All supported formats can be used within this environment, such as native CAD file formats or STEP format. Software developments are done to prove the feasibility of such an environment.The CAM environment implementation reveals the crucial role of simulation in this system. It is therefore necessary to answer this second question:How to obtain an EBM process simulation allowing the development of parameters, virtually?Although EBM simulation is a recurrent subject in scientific literature, existing studies are based on the finite elements method but the calculation time needed is too important to be used in an CAM environment. Thus, an alternative type of simulation is created in this thesis: a simulation based on abacus. It is composed of a finite elements model, that allows heat maps generation for standards cases of heating and cooling. These heat maps are then transformed in abacus. The simulation algorithm based on abacus search the nearest abacus from the simulated situation in order to estimate the temperatures at the next time step.This simulation method was used to reduce the calculation time while keeping a sufficient precision to optimize process parameters.With the simulation based on abacus, a tool for the optimization of melting strategies is developed. This tool allows quality improvement for the produced parts through the calculation of melting strategies according to thermic criteria.To summarize, the main contributions of this work are:- the definition of requirements specifications of a powerful numerical chain for the EBM process- the development of a CAM environment adapted to the EBM process- the proposal of a fast simulation for the EBM process, based on abacus- the development of a tool for the optimization of melting strategies

De très nombreux problèmes rencontrés dans l’industrie sont liés aux évolutions que subissent les interfaces. Le contact, le frottement et l’adhésion y jouent un rôle fondamental. Ce travail est une contribution au développement d’un modèle qui couple adhésion et frottement et qui autorise la cicatrisation des liens adhésifs lorsque les corps sont remis en contact après avoir été séparés. Ce modèle est appelé modèle d’adhésion cicatrisante. Dans le cadre de ce mémoire, les applications concernent plus particulièrement l’étude du contact verre/élastomère. La formation du col d’adhésion, les phénomènes « jump-on » et « jump-off » et la formation et la propagation des ondes de Schallamach sont abordés. Le travail propose une modélisation à l’échelle des surfaces, issue de considérations thermodynamiques et qui simule les effets des interactions de type van der Waals. Outre la possible cicatrisation des liens lors de l’approche des corps, l’originalité du modèle est que les processus d’endommagement et de cicatrisation des liens adhésifs sont tous deux liés à la vitesse de sollicitation au niveau de l’interface. Selon les applications envisagées, l’approche permet ainsi de considérer deux sources possibles de dissipations. L’une est surfacique et liée au comportement de l’interface. La seconde est volumique et liée au comportement des corps. La formulation dynamique est donnée dans le cadre de la mécanique non régulière. Les méthodes numériques correspondantes sont mises en oeuvre dans la plateforme LMGC90 (Montpellier - Marseille). Le modèle est testé sur des Benchmarks et validé sur la simulation d’une expérience de tribologie de contact verre/élastomère<br>Many problems encountered in industry are concerned with interface evolutions, where contact, friction and adhesion are fundamental topics. This PhD thesis contributes to the development of a model involving adhesion and friction and allowing the healing of the adhesive bonds when the bodies are again pushed closer together after their separation. This model is called model of healing adhesion. In this work the applications concern specifically the contact glass/rubber. The formation of the the adhesion neck, jump-on and jump-off phenomena and the formation and the propagation of the Schallamach waves are investigated. A modelling of the adhesive contact is thus proposed, based on thermodynamic considerations and surface interactions concepts. In addition to the possible healing of the adhesives bonds, the originality of the model is that healing process and damage process are both related to the rate of the solicitation at the interface. According to the applications, the approch allows to consider two potential sources of dissipation. One is called surface dissipation and linked to the behaviour of the interface. The second is called bulk dissipation and linked to the behaviour of the bodies. The dynamic formulation is done within the framework of the non-smooth mechanic. Implementations of appropriate numerical methods and simulations are done in LMGC90 (Montpellier - Marseille). The model is tested with Benchmark and validated with the simulation of a glass/rubber experiment

L'etude a pour objet l'analyse d'un contact polymere/antagoniste rigide soumis a des sollicitations vibratoires de faibles amplitudes dites de fretting. La demarche adoptee repose a la fois sur l'experimentation et la simulation par elements finis dans le cas specifique d'un couple poly(methacrylate de methyle)/verre. Elle se decompose en deux etapes : ' sur l'identification et la prediction des conditions de sollicitations locales dans le contact en fonction des parametres de chargement (effort normal, amplitude du debattement et frequence), ' sur l'interpretation de la reponse du materiau en termes de degradation (fissuration et detachement de particules) a partir des elements fournis par la simulation. Sur la base de la simulation numerique de la cinematique des micro-deplacements dans le contact, nous avons pu predire les conditions de sollicitation dans le contact (glissement partiel ou glissement total). Ces resultats ont ete reportes dans une carte de sollicitation locale dans laquelle nous avons egalement delimite les domaines d'apparition du broutement qui definissent les limites d'application de nos simulations. L'analyse des degradations a revelee : ' l'apparition de micro-fissures superficielles en bordure de contact du fait de la conjonction d'une contrainte de traction maximale et d'une pression hydrostatique en expansion, ' un detachement localise de particules dans certaines zones du contact dependant des conditions de sollicitation. Ces observations ont pu etre interpretees en considerant les maxima d'energie dissipee dans le contact, telle qu'ils ont pu etre estimee par la simulation, ' un deplacement des particules vers le centre du contact au fur et a mesure du cyclage. L'analyse de l'amplitude des micro-deplacements en chaque point du contact a permis d'expliquer cette cinematique par un differentiel de glissement oriente vers le centre du contact. Ce dernier est une consequence directe de la dissimilarite des constantes elastiques du polymere et de l'indenteur. Ces resultats ont pu etre synthetises dans une carte de reponse du materiau dont les frontieres sont definies sur la base de l'analyse energetique du contact.

L’objet de ce travail est de proposer un modèle adapté pour la simulation du remplissage de moules qui réponde au meilleur compromis entre temps de calcul et précision des résultats. La difficulté est double. Il faut prendre en compte le phénomène de remplissage qui est un problème complexe à frontières libres et les spécificités liées au Verre : viscosité fortement thermodépendante et température de fusion élevée qui nécessite de prendre en compte le rayonnement. Le Chapitre I est consacrée à la partie écoulement du Verre liquide. La bibliothèque numérique Aquilon/Thétis, adaptée pour traiter ce type de problèmes et les couplages thermique air/verre/parois, a été utilisée (Méthode V.O.F pour le suivi de l’interface, méthodes de type Lagrangien augmenté/Projection vectorielle pour le couplage Vitesse-Pression). Pour l’aspect radiatif, différentes approches sont proposées : conductivité radiative équivalente (Chapitre II), méthode explicite directe pour la validation (Chapitre III) et méthode d’harmoniques sphériques ou méthode PN (Chapitre IV). Dans le Chapitre V, la méthode PN retenue est validée dans des cas simples et est appliquée ensuite à des cas avec couplage convectif en géométries complexes et obstacles semi-transparents (1D, 2D et 3D, 2D axi-symétrique et milieu non gris). Une version P1 modifiée est présentée. Les résultats sont assez proches de ceux donnés par la méthode P3 avec des temps de calcul modestes. L’intérêt de ce modèle est qu’il est facilement intégrable dans des codes numériques existants : une seule équation différentielle du second ordre stationnaire à résoudre en 3D<br>The aim of this study is to propose an adapted model for the simulation of mould filling that must be a compromise solution between computational time and results accuracy. The double difficulty is to take into account the filling phenomenon that is a complex problem due to the presence of free boundaries and to the Glass specificities: viscosity that is highly thermal dependant and high melting temperature that requires taking into account radiation effects. Chapter I is devoted to the melting Glass flow. The numerical libraries Aquilon/Thétis, adapted for solving such type of problems and the thermal coupling between Air/Glass/Walls, has been used. (V.O.F method for front tracking, Augmented Lagrangian/Vector Projection methods for solving Pressure/Velocity coupling). For radiative aspect, different approaches are proposed: equivalent radiative conductivity (Chapter II), direct explicit method for validation (Chapter III) and spherical harmonics method or PN method (Chapter IV). In the Chapter V, the selected PN method is validated through simple cases and is then applied in other cases with convective coupling in complex geometries including semi-transparent inclusions (1D, 2D and 3D, 2D axi-symmetric and non grey medium). A P1 modified version is presented. The results are close to those given by P3 method but with reduced computational time. The main interest of this model is that it can be easily implemented in existing numerical codes: a single stationary second order partial differential equation to solve in 3D

Le principe des engrenages face est connu depuis très longtemps : un pignon cylindrique entraine une roue plate (ou face), les axes de rotation sont concourants ou décalés d'une valeur appelée off-set, l'angle entre les axes peut être droit. Aujourd'hui en application aéronautique, l'avantage principal de ce-mécanisme réside dans la possibilité de translation du pignon cylindrique sans blocage du système. Par conséquent, le problème consistait d'une part à définir précisément la géométrie réelle fabriquée de tels engrenages et d' autre part à simuler le fonctionnement cinématiques pour connaître l'influence des paramètres de définition. Une étude bibliographique sur la définition fine et la simulation des engrenages a permis de choisir un ensemble de méthodes numériques plus aptes à tenir compte des variations des paramètres de fabrication. Les principes de la génération des dentures droites restant toujours les mêmes, la simulation numérique a permis de définir la forme générale des dentures. De plus, les trajectoires d'outil traduites à l'aide de Splines Cubiques normalisées, ont permis d’étudier dans le détail deux phénomènes d'interférence (painting et undercutting). Par la suite, la simulation de l'engrènement à partir des géométries numériques issues de la génération des dentures, a permis de définir les points et trajectoires de contact. La simulation numérique du mouvement a permis aussi d'obtenir l'erreur de transmission et le rapport de conduite. Après avoir qualifié les résultats obtenus avec le logiciel réalisé à partir de résultats de la littérature, une étude d'influence de paramètres a été faite (géométrie du pignon outil, angle de pression, positions de montage du pignon moteur). La principale conclusion peut se résumer de la manière suivante, l'erreur cinématique est très peu modifiée avec de faibles variations de position de montage même si les trajectoires des contacts sont déplacées. Les engrenages faces devraient ainsi remplacer les engrenages spire-coniques classiquement utilisés<br>The principle of the face gear drives is known since along time : a cylindrical pinion drives a face wheel, the axis of rotation are intersecting or non-intersecting with an off-set, the angle axis can be 90°_Today, in the aeronautical applications, the principal advantage of this mechanism is the translation possibility of the cylindrical pinion without blocking the system. Consequently, the problem consists ta define precisely the real geometry of these drives and moreover to simulate the kinematic meshing to know the influence of the defining parameters. A bibliographical study of the definition and the simulation of these drives, has permitted to choose a set of numerical methods more capable to investigate the variations of the manufacturing parameters. The generation principles of the tooth surfaces remaining the same, the numerical simulation has permitted to define the general tooth profile. Then, the trajectories of the pinion shaper approached with the help of Cubic Splines Normalised, has permitted to study in details two phenomena: pointing and undercutting. Then, the meshing simulation of the numerical tooth geometry outcome from generation, has permitted to define the contact path. The numerical simulation of the meshing has also permitted to obtain the transmission error and the contact ratio. • After qualifying the numerical results with the literature's results, a study of the parameter influence has been realized (the pinion-shaper geometry, pressure angle, mounting position of the driving pinion). The principal conclusion can be briefly resumed in the following manner, the kinematic error is very few modified when small variations of mounting position occurs, even how the contact path are translated. The face gears drives should thus replace the bevel spiral-gears classically used

Le travail présenté dans ce mémoire a pour objet le développement d'un environnement général dédié a la simulation statique des procédés continus en régime stationnaire, parfois appelé programme de flowsheeting. Le choix de la simulation statique découle du fait qu'il s'agit à l'heure actuelle du principal outil dont dispose l'ingénieur pour concevoir de nouveaux procédés, ou pour optimiser le fonctionnement d'un atelier existant. Dans le premier chapitre, nous décrivons l'activité de simulation en relevant sa complexité, qui justifie le développement d'un environnement qui apporte une aide réelle à l'ingénieur. Nous indiquons également les solutions que nous envisageons dans la suite de notre travail pour apporter cette aide. Dans le second chapitre, nous décrivons la maquette spi-prosim que nous avons réalisée et qui effectue le couplage entre le simulateur statique prosim et l'environnement spi intégrant une représentation objet d'un procédé. Nous tirons les enseignements de cette réalisation, en particulier en ce qui concerne la réalisation de modules généraux d'aide a la saisie d'une simulation. Dans ce chapitre, nous présentons également une revue bibliographique sur la mise en œuvre des approches orientées objet en génie des procédés. Dans le troisième chapitre, nous traitons le problème de l'aide à la préparation d'une simulation. Nous décrivons en particulier l'usage que nous avons fait d'un langage de programmation par contraintes (pecos) et d'un langage mathématique (mathematica) pour développer une aide à la saisie du modèle d'une opération unitaire. Le quatrième et dernier chapitre est consacré à l'exploitation des résultats d'une simulation. Nous indiquons que cette exploitation consiste en partie à extraire les résultats pertinents parmi la masse d'informations fournies par le simulateur, puis à les mettre sous une forme pertinente pour l'utilisateur. Nous établissons ensuite un cahier des charges détaillé d'une bonne représentation d'un procédé, qui soit proche du point de vue que l'ingénieur a d'un procédé