Modélisation de l'effet de la découpe sur les propriétés magnétiques locales des aciers électriques et implantation dans un code éléments finis

Modeling of the mechanical cutting effect on local magnetic properties of electric steels and implementation in a finite element computation code

• Auteur / Autrice : Nabil M'Zali
• Direction : Abdelkader Benabou, Anouar Belahcen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 08/06/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP) - Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique de Puissance - ULR 2697 / L2EP
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Duchesne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Henneron, Floran Martin, Guillaume Krebs
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juliette Soulard, Denis Netter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Tôle d'acier

Induction magnétique

Éléments finis, Méthode des

Propriétés magnétiques

Matériaux

Machines électriques

Mots clés libres

Acier électrique

Modélisation magnéto-mécanique

Poinçonnage mécanique

Magneto-mechanical modeling

Finite element method

Manufacturing processes

Résumé

Cette thèse porte sur l’impact du processus de poinçonnage mécanique sur les propriétés magnétiques des matériaux qui composent les machines électriques. Le modèle anhystérétique de Sablik qui est basé sur une approche scalaire du couplage magnéto-mécanique a été considéré avec certaines modifications. Le modèle permet de décrire à la fois le couplage magnéto-élastique et magnéto-plastique. Le processus d'identification est réalisé à l'aide de courbes d’aimantations mesurées sous différentes contraintes élastiques et déformations plastiques. Le modèle prenant directement en compte la déformation plastique, une simulation de processus de poinçonnage mécanique a été réalisée à l'aide du logiciel ABAQUS pour définir la distribution de la déformation plastique sur le bord de coupe. Une simulation éléments finis d'une machine électrique synchrone incluant l'effet du poinçonnage a montré la dégradation de l’induction magnétique au niveau des bords de coupe et une augmentation des pertes fer d'environ 38%. Enfin, les résultats obtenus à partir de la simulation magnéto-mécanique ont été étudiés en termes de méthodes utilisées pour considérer la distribution de la déformation plastique dans le calcul numérique. Deux exemples ont été étudiés : une tôle d'acier et une dent d'une machine électrique. Il a été montré que le profil de dégradation défini par la valeur moyenne de la déformation en fonction de la distance au bord de coupe ne reflète pas la distribution réelle de la déformation plastique. Un ajustement de la méthode de calcul a été proposé.

This thesis focuses on the effects of mechanical punching process on magnetic properties of electrical steels and on electrical machine performance. The scalar Sablik model with some improvements has been considered to account for the degraded magnetic properties. It allows to describe both magneto-elastic and magneto-plastic coupling. The identification process is carried out using measured magnetization curves under different elastic stresses and plastic strains. Since the model accounts directly for the plastic strain, a mechanical punching process simulation has been performed using the software ABAQUS.A finite element simulation of a synchronous machine including the effect of punching process shown the degradation of the magnetic flux density at the punching edges and an increase of the iron losses by about 38%. Finally, the results obtained from the magneto-mechanical simulation have been investigated in terms of the method used to implement the plastic strain distribution in the finite element computation. Two examples have been investigated: a steel sheet and a tooth of an electrical machine. It has been shown that the degradation profile defined by the average value of the strain at each position from the edge does not reflect the real plastic strain distribution. An adjustment has been proposed.