Developpement d'une methode d'etude des ecoulements de pates ceramiques dans des filieres d'extrusion de formes complexes

Study of ceramic pastes flows in complex extruders : a new approach

• Auteur / Autrice : FRANCOIS-XAVIER MORTREUIL
• Direction : Michel Laquerbe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Résumé

Une methode d'analyse des ecoulements de pates ceramiques dans des filieres d'extrusion de formes complexes est construite. Cette etude exploitant un ensemble de simulations numeriques comprends trois grandes etapes. Dans un premier temps, un principe de decomposition des filieres de formes complexes est construit. Deux modes de decomposition sont envisages : _ une decomposition en serie qui consiste a reduire les filieres axisymetriques de formes complexes en successions de filieres axisymetriques ne possedant chacune qu'une seule variation de section, nommees filieres elementaires. _ une decomposition en parallele afin d'etudier les ecoulements de pates dans des filieres a plusieurs orifices de sortie (filieres a buses multiples). Ces filieres sont decomposees en juxtapositions de filieres elementaires ne comportant qu'une seule buse. L'etude se limite, dans ce cas, a un probleme plan. Ce principe de decomposition permet d'envisager l'etude des ecoulements dans des filieres complexes via l'association des reponses d'ecoulements dans un ensemble de filieres elementaires. Dans un deuxieme temps, des simulations numeriques d'ecoulements de pates ceramiques dans plusieurs types de filieres elementaires sont realisees. Les variations de sections peuvent etre des reductions ou des elargissements, brutales ou progressives. La loi de comportement associee aux pates ceramiques est une loi de type elastoplastique parfait couplee a des conditions de glissements sans frottement aux parois. Les valeurs des parametres de comportement sont estimees a partir des resultats d'essais de caracterisation rheologique et tribologique. Cette approche numerique simplifiee est validee par des confrontations entre resultats experimentaux et numeriques. La methode de simulations numeriques utilisee s'avere ainsi representative de l'extrusion des pates ceramiques, tant d'un point de vue qualitatif, concernant les typologies d'ecoulements, que d'un point de vue quantitatif, illustre par des valeurs de contraintes d'extrusion. Les caracteristiques d'ecoulements dans les filieres elementaires, identifiees par les simulations numeriques constituent une base de donnees. Enfin, des regles de recompositions des caracteristiques d'ecoulements associees aux filieres elementaires sont exprimees sous la forme de relations analytiques simples. Elles permettent de caracteriser les ecoulements dans des filieres de formes complexes. Une analyse qualitative de ces ecoulements est realisee par l'etude de leurs typologies. Les presences de zones elongationnelles, de zones cisaillees et de zones mortes a l'interieur des filieres sont visualisees. Leurs effets sur les ecoulements sont discutes. Par ailleurs, les valeurs des contraintes d'extrusion dans le cas de filieres de formes complexes sont obtenues par combinaisons des contraintes calculees sur des filieres elementaires. Les regles de recomposition sont validees par comparaisons entre resultats experimentaux et numeriques. L'interets principal de l'application du principe de decomposition est de fournir rapidement des evaluations de quelques parametres conditionnant l'extrudabilite (la possibilite d'extruder), d'un materiau particulier dans une filiere de forme donnee. L'application du principe de decomposition permet de discuter des problemes lies aux desequilibrages en contraintes et en debits de pates extrudees qui sont a l'origine de nombreux defauts de mise en forme rencontres au cours d'extrusions dans des filieres de formes complexes.