Contribution au développement d'un modèle thermomécanique de mise en forme du verre par le procédé soufflé-soufflé incluant les effets radiatifs

Contribution to the development of a thermomechanical model of glass forming using the blow and blow process, including radiative effects

• Auteur / Autrice : Maxime Cressin
• Direction : Hakim Naceur, Dominique Lochegnies, Fabien Béchet, Philippe Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 07/07/2023
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Salima Bouvier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hakim Naceur, Dominique Lochegnies, Fabien Béchet, Philippe Moreau, Boussad Abbes, Nadhir Lebaal, Camille Durand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Boussad Abbes, Nadhir Lebaal
• DOI : 10.70675/0216e71fz4756z4292z94d6zbe95877c0ce4

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verre

Propriétés mécaniques

Propriétés thermiques

Technique verrière

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Rayonnement

Coefficient d'échange thermique

Simulation numérique

Verre

Transfert thermique

Radiation

Heat transfer coefficient

Numerical simulation

Glass

Heat transfer

Résumé

Cette thèse traite de la modélisation numérique de la mise en forme du verre par le procédé soufflé-soufflé, permettant le formage en deux étapes de soufflage. L'étude bibliographique a montré que pour simuler efficacement ce procédé, il est nécessaire de prendre en compte deux paramètres importants : le rayonnement thermique du verre et l'échange thermique entre le verre et les outils. Cet échange thermique est représenté par le coefficient de transfert thermique hc identifié expérimentalement. Un modèle thermique numérique 1D prenant en compte les effets radiatifs a été développé pour simuler le contact entre un poinçon métallique et un cylindre de verre. Ce modèle a été couplé à une méthodologie d'identification inverse pour déterminer hc à partir de données expérimentales. L'influence de la température du verre, de la position du thermocouple et du rayonnement sur l'identification de hc a été étudiée. L'originalité de ces travaux concerne la prise en compte du rayonnement dans l'identification de hc ainsi que l'utilisation de la méthode Back Ray Tracing (BRT) pour la résolution de l'équation de transfert radiatif en 2D axisymétrique. Le code est couplé avec le logiciel Abaqus/Standard afin de prendre en compte le rayonnement du verre dans la simulation du procédé de formage. Enfin, un modèle éléments finis thermomécanique a été développé sous Abaqus/Standard afin de simuler le procédé soufflé/soufflé en 2D axisymétrique d'une bouteille de verre standard. Une discussion est menée sur l'apport du coefficient d'échange thermique identifié expérimentalement et du modèle de rayonnement sur la formabilité de la bouteille.

This thesis deals with the numerical modeling of glass forming by the blow and blow process, allowing the glass forming of glass in two blowing steps. The bibliographic study has shown that in order to efficiently simulate this process, it is necessary to take two important parameters into account: the thermal radiation of the glass and the thermal exchange between the glass and the tools. This thermal exchange is represented by the experimentally identified heat transfer coefficient hc. A 1D numerical thermal model taking the radiative effects into account has been developed to simulate the contact between a metal punch and a glass cylinder. This model was coupled with an inverse identification methodology to determine hc from experimental data. The influence of the glass temperature, of the thermocouple position and of the radiation on the identification of hc has been studied. The originality of this work concerns the inclusion of radiation in the identification of hc as well as the use of the Back Ray Tracing (BRT) method to solve the radiative transfer equation (RTE) in 2D axisymmetric. The code is coupled with the Abaqus/Standard software to take the radiation of the glass into account in the simulation of the forming process. Finally, a thermomechanical finite element model has been implemented in Abaqus/Standard in order to simulate the 2D axisymmetric blow and blow process of a standard glass bottle. A discussion is made on the contribution of the experimentally identified heat transfer coefficient and the radiation model on the formability of the bottle.