Chaires industrielles - Chaires industrielles

Cadre numérique Multi-échelle et innovant pour la conception sûre des procédés de trempe industrielle. – INFINITY

Résumé de soumission

Les procédés de trempe des métaux sont très répandus dans l'industrie, en particulier les industries automobile, nucléaire et aérospatiale, car ils impactent directement les propriétés mécaniques et le contrôle de leur microstructure et leurs contraintes résiduelles. Aujourd'hui, il existe une forte demande de nombreuses entreprises industrielles pour contrôler ces procédés en tenant compte de la complexité des environnements de trempe, afin d'obtenir les propriétés métallurgiques souhaitées telles que dureté ou limite d'élasticité. Cette demande est accentuée par les exigences sévères dans des délais plus courts pour concevoir de nouveaux matériaux et des produits de haute qualité. En effet, la maîtrise des vitesses de trempe en respectant les contraintes métallurgiques, d'homogénéité et de fiabilité est essentielle pour obtenir les propriétés cibles.

La simulation numérique est un outil tout à fait standard dans le cadre de l'industrie métallurgique pour les processus de formage mais à ce jour aucun logiciel ne permet de prédire précisément les échanges de chaleur entre les environnements de trempe et la partie traitée. Une modélisation numérique multi-échelle précise permettant une compréhension détaillée de l'hydrodynamique du couple vapeur/fluide de trempe et de son impact sur le refroidissement de la pièce est alors un besoin majeur. En effet, il permettrait d'abord de réduire le temps et le coût de développement de nouveaux matériaux et donc de développer en permanence des produits sûrs et fiables répondant aux spécifications du client et d'améliorer la conception de dispositifs de trempe existants ou à venir, de limiter les coûts de production et de diminuer la consommation d'énergie.

Malgré l'intérêt industriel manifeste pour la modélisation d'un processus précis de trempe pour le traitement thermique des alliages, il n'existe aucune étude ni réponse globales répondant à ce problème dans un contexte industriel. Par conséquent, les partenaires d'INFINITY: ARCELORMITTAL, AREVA NP, AUBERT & DUVAL, CEFIVAL, CMI, FAURECIA, INDUSTEEL, LISI AEROSPACE, MONTUPET, SAFRAN, SCC et TSV ont décidé de structurer leurs besoins en soutenant cette proposition de chaire industrielle.

En effet, afin de prédire précisément la transition de phase liquide/vapeur pendant l'ébullition étudier les paramètres de trempe optimaux, un cadre numérique couplé novateur doit être conçu et mis en œuvre. Nous sommes convaincus que la réalisation de cette percée requiert d'abord le développement d'une stratégie numérique unifiée basée sur les éléments finis adaptatifs assortie de validations expérimentales dans des conditions bien définies et contrôlées et, deuxièmement, le développement d'une stratégie multiphase immergée afin de tirer parti de la simplicité et la flexibilité du couplage fluide-solide-transfert de chaleur.

Par le biais de la chaire INFINITY, le candidat et les chercheurs impliqués proposent, grâce à une méthode très prometteuse de volume immergé, de consolider un cadre unifié multi-échelles autour de cette finalité, d'intégrer ce travail et de le capitaliser dans le logiciel éléments finis THOST®. La modélisation du changement de phase liquide-vapeur, la prédiction de différents modes d'ébullition ainsi que les transitions les séparant, la modélisation du couplage fluide-solide-transfert de chaleur et la transformation en phase solide sont les principaux objectifs. En outre, une grande partie des travaux proposés sera également consacrée à des travaux expérimentaux de validation.

La chaire INFINITY contribue ainsi à une vision à long terme de l'outil numérique de haute-fidélité comme base pour des simulations fiables des processus de trempe, permettant aux partenaires industriels lever plusieurs verrous techniques majeurs, de fournir un outil rapide d'aide à la décision pour des pièces de haute qualité tout en minimisant les contraintes résiduelles, empêchant ainsi la fissuration et optimisant ainsi les procédés de trempe.

Coordinateur du projet

Monsieur Elie Hachem (ARMINES)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARMINES ARMINES

Aide de l'ANR 695 000 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2017 - 48 Mois

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