Thèse soutenue

Calcul intensif en simulation de frittage à l'échelle des particules.

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Auteur / Autrice : Daniel Humberto Pino Munoz
Direction : Sylvain Drapier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
Date : Soutenance le 26/10/2012
Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
Jury : Président / Présidente : Thierry Coupez
Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Drapier, Thierry Coupez, Jingzhe Pan, Jean-François Molinari, Didier Bouvard, Julien Bruchon, François Valdivieso
Rapporteurs / Rapporteuses : Jingzhe Pan, Jean-François Molinari

Résumé

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Dans le cadre général de la simulation du procédé de frittage en phase solide, ce travail propose une approche numérique, à l'échelle des particules, de la consolidation d'un compact pulvérulent céramique. Le frittage est un procédé mettant en jeu plusieurs chemins de diffusion activés thermiquement. Parmi ces chemins de diffusion, les plus importants sont : la diffusion surfacique, la diffusion aux joints des grains et la diffusion volumique. La mise en place de cette physique dans un cadre de calcul intensif doit permettre de mieux comprendre ces mécanismes de diffusion ainsi que leur influence sur l'évolution de la microstructure. Le but de ce travail consiste à développer un modèle ainsi qu'une stratégie numérique capable d'intégrer les différents mécanismes de diffusion dans un cadre de calcul intensif. Le flux de matière est calculé en fonction du Laplacien de la courbure dans les cas de la diffusion surfacique, tandis que pour la diffusion volumique ce flux est proportionnel au gradient de la pression hydrostatique. Le modèle physique est tout d'abord présenté dans le cadre de la mécanique des milieux continus. Ensuite, la stratégie numérique développée pour la simulation du frittage d'un empilement granulaire est détaillée. Cette stratégie est basée sur une discrétisation du problème par des éléments finis stabilisés couplée avec une méthode Level-set pour décrire la surface libre des particules. Cette stratégie nous permet de faire des simulations avec un "grand" nombre de particules. Plusieurs simulations en 3D, menées dans un cadre de calcul parallèle, montrent l'évolution qui a lieu sur un empilement granulaire réaliste.