Finite element modeling of the linear friction welding process

Résumé

La Soudure Linéaire par Friction (SLF) est un procédé de brasage à l’état solide utilisé pour les assemblages à haute valeur ajoutée tel que les disques aubagés monobloc. Quatre phases composent le procédé de SLF: Initiale, Transition, Équilibre et Décélération. C’est une technique thermomécanique complexe avec d’intenses déformations qui engendrent une diminution de la taille de grain. Un modèle numérique chainé est développé pour combiner des modèles spécifiques favorisant l’efficacité d’exécution et incluant la génération de paramètres spécifiques tels que l’évolution de la microstructure. Cette étude utilise l’alliage de Ti-6Al-4V comme cas d’étude puisqu’il a fait l’objet de plusieurs études dans la littérature. Une analyse thermodynamique a été menée pour définir la condition de transition entre les phases Initials et Transition. Deux limites ont été définies en fonction de l’approche suivie pour simuler la phase Initiale, soit par analyse thermomécanique, soit par analyse thermique. Par analyse thermomécanique, il a été montré que la phase Initiale doit s’arrêter quand la contrainte équivalente de Von Mises aux extrémités de la ligne de soudure atteint la contrainte d’écoulement afin de suivre la définition donnée dans la littérature. Cela fournit une définition précise pour l’implémentation numérique ainsi que pour séparer les phases. De cette analyse, une limite thermique de 975 °C aux extrémités de la ligne de soudure est proposée comme critère de fin de la phase Initiale par analyse thermique. Trois modèles numériques sont établis par cette étude. Deux d’entre eux simulent la phase Initiale soit par analyse thermomécanique, soit par analyse thermomécanique stationnaire pour identifier l’approche la plus efficace. Une subroutine a été utilisée dans l’analyse thermomécanique stationnaire pour tenir compte de la chaleur générée par les oscillations. Après une comparaison avec des mesures de thermocouple issue de la littérature, il a été établi que la simulation par analyse thermomécanique stationnaire réduit le temps de simulation de 99% avec des résultats équivalents à l’analyse thermomécanique. Le troisième modèle simule les phases Transition et Équilibre avec un modèle de corps unique pour garantir la continuité du raccourcissement axial. Une subroutine a été ajoutée au troisième modèle pour inclure la transformation microstructurale dans la simulation. A la vue du manque de modélisation numérique des paramètres de déformation pendant la SLF, l’équation JMAK a été introduite comme indicateur de transformation microstructurale. Ce dernier compte le nombre de fois que la fraction volumique de recristallisation atteint 0.99 , signifiant une recristallisation complète du métal. Ce dernier est alors considéré comme à l’état d’équilibre et est capable de recristalliser à nouveau si la déformation continue. L’indicateur de transformation microstructural coïncide avec les observations de métallographies et identifie les régions avec une forte probabilité de subir une transformation.

Date	13 sept. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Mohammad Jahazi (Directeur(-trice)) & Henri Champliaud (Codirecteur(-trice))