Dimensionnement mécanique d'un carter-cylindres par modélisation continue du comportement d’un alliage d’aluminium du procédé de fabrication à la tenue en service

Mechanical dimensioning of the cylinder block by continuous modeling from manufacturing to service

• Auteur / Autrice : Lenny Jacquinot
• Direction : Vincent Maurel, Fabien Szmytka
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Thuillier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Maurel, Fabien Szmytka, Laurent Barrallier, Alain Köster, Pierre Osmond
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Monique Gasperini, Michel Coret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoplasticité

Aluminium -- Alliages

Mots clés libres

Alliage d'aluminium

Viscoplasticité

Hautes Températures

Modèle de comportement

Caractérisation

Aluminum alloy

Viscoplasticity

High Temperature

Constitutive model

Characterization

Résumé

Le carter-cylindres a de nombreuses fonctions qui résultent en une complexité géométrique certaine, nécessitant une fabrication par coulée sous pression avec insertion préalable des chemises en fonte dans le moule. La rupture du carter-cylindres signifie souvent la ruine du groupe motopropulseur, c’est pourquoi une attention particulière est portée sur la maîtrise du processus de fabrication et de la filière de dimensionnement. Ces travaux visent à fournir une modélisation robuste et continue du comportement de l’alliage d’aluminium au cours du procédé de fonderie sous pression et en conditions d’utilisation. Il s’agit dans un premier temps de procéder à une analyse des chargements appliqués sur structure ainsi qu’une caractérisation de l’état métallurgique du matériau. Le second temps des travaux porte sur la construction d’une stratégie de caractérisation mécanique pour l’identification du comportement après trempe et en cours de trempe. Ces conditions d’essais ”extrêmes” par rapport à la température de fusion de l’aluminium nécessiteront le développement de protocoles expérimentaux originaux. Enfin une modélisation permettant de prédire la réponse mécanique de la structure est proposée sur la base des données expérimentales recueillies. La modélisation requise devra prendre en compte en particulier les phénomènes de relaxation de contrainte sur une large gamme de température et de vitesse de déformation pour avoir une bonne représentation des déformées issus du procédé et de leur évolution au cours de l’utilisation des pièces. In fine, la modélisation est intégrée aux outils de calculs PSA puis validée par comparaison aux mesures effectuées sur un composant réel instrumenté.

The cylinder block has many functions that result in a geometric complexity requiring a die casting process with priorinsertion of cast iron sleeves in the mold. Most of the time, cylinder block’s failure means the ruin of the powertrain and thus, a special attention is paid to the control of the manufacturing process and the mechanical design protocol. The project aims to provide a robust and continuous modeling of the aluminum alloy behavior during the die casting process and later, underconditions of use.The first step will be to analyze loadings applied to the structure as well as to characterize the metallurgical state of thematerial. The second phase of the work will then focus on the development of a mechanical characterization strategy to characterize the behavior during and after quenching. These ”extreme” test conditions with respect to the melting temperature of aluminum will require the development of original experimental protocols. Furthermore, a constitutive model allowing to predict the mechanical response of the structure will be developed on the basis of collected experimental data. The required model must take into account the stress relaxation phenomena over a verywide range of temperature and strain rate. A predictive representation of the deformed shape resulting of manufacturing and evolution during service life must indeed be obtained. Finally, the model will be integrated into the PSA company calculation tools and will be validated by comparison with the measurements made on a real instrumented component.