Contribution à l’étude du phénomène de fermeture de porosités en laminage à chaud : mise en place d’une modélisation expérimentale et numérique à représentativité améliorée

Contribution to the study of the void closure phenomenon during hot rolling : setting up of an experimental and numerical modelling with improved representativeness

• Auteur / Autrice : Corentin Pondaven
• Direction : Régis Bigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés de fabrication - Génie mécanique (AM)
• Date : Soutenance le 19/01/2021
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz - LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Habraken
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Bigot, Pierre-Olivier Bouchard, Christophe Desrayaud, Marion Martiny-Weitig, Guillaume Racineux, Laurent Langlois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Olivier Bouchard, Christophe Desrayaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Thèses et écrits académiques

Porosité

Mots clés libres

Fermeture de porosité

Mise en forme

Caractérisation rhéologique de matériaux

Simulation par éléments finis

Essais expérimentaux

Porosity closing

Metal forming

Constitutive behaviour identification

Finite element modelling

Experimental testing

Résumé

Les travaux de thèse sont consacrés à la caractérisation de la fermeture de porosité au cours du laminage à chaud de blooms issus de coulée continue. Un essai représentatif reproduisant les caractères essentiels du procédé industriel vis-à-vis de la fermeture de porosité a été mis en place. Ces caractères, identifiés au cours d’une étude bibliographique, concernent à la fois les paramètres thermomécaniques pilotant la fermeture de porosité comme la triaxialité des contraintes ou la déformation, mais également la nature géométrique et physique des porosités. Concernant ces dernières, la représentativité des essais a été améliorée en intégrant dans les échantillons une retassure naturelle contrôlée obtenue par un processus de fonderie. La caractérisation du phénomène de fermeture est obtenue par la comparaison des évolutions géométriques de porosités mesurées par tomographie et les résultats d’un modèle numérique en champs complets intégrant la géométrie « réelle » du défaut. Une méthodologie combinant l’essai représentatif conçu pour reproduire les caractères essentiels du processus de laminage et son modèle de simulation en champs complets a été développée. L’ensemble doit permettre par la suite de développer des plans d’expériences expérimentaux et numériques qui serviront à alimenter des modèles en champs moyens qui seront utilisés dans les simulations des gammes de laminage industriel et leur validation vis-à-vis de la fermeture des porosités.

The present work is dedicated to the understanding of the void closure mechanism during the hot rolling of bars issued from continuous casting processes. A representative experimental testing was developed to reproduce the key parameters involved in the porosity evolution during the industrial forming. These parameters were identified throughout a bibliographic study and concern the thermomechanical path depicted by the stress triaxiality and the strain and the void's physical and geometrical properties. The representativeness of the experiment is improved by using samples containing a shrinkage cavity formed during a dedicated casting process. The characterisation of the pore closing mechanism is performed by comparing the experimental evolution of cavities analysed by tomography with full-field FEM-modelling carried out using the “real” geometry of the cavities. A methodology combining the representative test experiment's design to reproduce the key parameters of the rolling process analysed and its full field modelling was developed. This methodology aims the identification of the parameters of mean fields void evolution model through the setting up of experimental design of testing and simulations to improve the pore closure efficiency during the rolling process.