Simulation of a glass forming process : application to the assembling of electron guns

• Auteur / Autrice : Mike Van Iseghem
• Direction : Jean-François Agassant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verre

Viscoélasticité

Résumé

La fabrication des canons éléctroniques consiste à indenter des grilles métalliques dans du verre préalablement chauffé. Le modèle numérique en 2d que nous proposons dans ce travail prend en compte les phénomènes thermo-mécaniques qui mènent à l'établissement d'un gradient de température dans le verre, son écoulement autour de la griffe métallique ainsi qu'au développement des contraintes résiduelles dans le verre et dans le métal. Pour le comportement visco-élastique du verre, une loi de Maxwell a été choisie. Le contact est géré par un algorithme de type maître/esclave, exprimé aux noeuds de l'interface verre/métal, tant pour le frottement mécanique que pour le transfert thermique. Les propriétes inconnues des matériaux et de l'interface sont d'abord étudiées dans des expériences de transfert thermique 1d et de photo-élasticimétrie sur un assemblage simplifié verre/métal. Ensuite, celles-ci, ainsi que les conditions aux limites inconnues du procédé, ont été identifiées par analyses inverses avec des mesures expérimentales sur la ligne pilote. Les contraintes résiduelles prévues par notre modèle et leur sensibilité aux paramètres nous a permis de décrire les mécanismes d'ancrage. L'importance des cycles thermiques, du choix du métal et de la géometrie des griffes sont mis en évidence. Cela nous permet de proposer des améliorations technologiques du procédé de fabrication et de la qualité de l'ancrage des canons a électrons.

In the electron gun assembling process, metals grids are inserted into preheated glass. The 2D numerical model proposed in this work takes into account most of the thermo-mechanical phenomena. It allows computing the thermal gradients in the glass, its flows around the metal claws, and the residual stresses in both components. A Maxwell model is used for the description of the visco-elastic behaviour of glass. A nodal master/slave algorithm for both mechanical sliding and heat transfer at the glass/metal interface is proposed, so providing a direct resolution of the coupled problem. The identification of the unknown material and interface properties is first studied in simplified experiences of ID heat transfer and by photo-elastic observations of a glass/metal sample. Next, these properties, as well as the unknown boundary conditions of the process are identified by inverse analyses, using experimental data obtained on a pilot line. The interpretation of the residual stresses predicted by our model and its sensitivity to the parameters allows describing the mechanisms of anchoring. The importance of the thermal cycle of both components as well as the metal and geometry of the claws is clearly shown. This allows suggesting technological improvements of the anchoring in electron guns and of the production process.