Modélisation analytique des effets thermique et du flux de matière au cours du soudage par friction et malaxage

Abstract

الملخص (بالعربية) : التعرق الاحتكاك هو عملية تعرق بمرحلة صلبة تعتمد على على خلط المواد المعجنات في المنطقة المراد لحامها ، الميزة الرئيسية لذلك التقنية هي قدرتها على لحام السبائك المعدنية التي يصعب لحامها بشكل عام عملية التعرق التقليدية. لقد اقترحنا في الجزء الأول من هذه الوثيقة أ نموذج تحليلي لحساب توزيع درجة الحرارة ثلاثي الأبعاد أثناء "FSW" عملية تحريك العرق الاحتكاك. لهذا السبب ، فإن طريقة فصل المتغيرات يستخدم لحل المعادلة المرتبطة بهذه المشكلة. ال تتم مقارنة نتائج هذه الدراسة مع البيانات من الأدبيات الخاصة بـ نموذج ملاحظة صالح. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الهدف هو إجراء دراسة تحليلية لهذه الجوانب بشكل جيد فهم هذه الظاهرة ثم باعتبارها تعليمًا مهمًا لوقت الحوسبة تقرير إلى الحسابات الناتجة عن نموذج بواسطة عناصر محدودة أو بواسطة عناصر تفاضلية. ال معرفة مجال درجة الحرارة هذا ضروري لتشكيل محاكاة الضغوط والتشوهات المتبقية. في الجزء الثاني من هذا تنقسم الأطروحة إلى قسمين ، الجزء الأول يتعلق بالدراسة في حالة السلوك السائل أثناء الاحتكاك يحرك اللحام في إطارين ثابتين و الموقف يعتمد حل هذا السلوك على مشكلة كلاسيكية ميكانيكا الموائع: يتم تقديم هذا الحل تقليديا في شكل شبه ثابت. فيما فيما يتعلق بالجزء الثاني ، سيتم اعتبار مقياس اللزوجة Couette مع مادة صلبة من أجل محاكاة السلوك الصلب للمواد الملحومة أثناء اللحام بواسطة الاحتكاك والعجن. لذا فإن حالة السلوك الصلب تحدد الدولة يتطلب التوازن (الضغوط والسلالات) لمقياس اللزوجة Couette الدقة لنظام المعادلات التفاضلية الجزئية ، معربًا عن توافق مجال السلالة ، معادلات التوازن ، القانون التأسيسي وشروط الحدود المراسلين الكلمات المفتاحية: نموذج تحليلي ، انتقال الحرارة ، معادلة الحرارة ، مصدر الحرارة ، سلوك السوائل ، السلوك الصلب ، مقياس اللزوجة Couette ---------------------------------------------- Résumé :

Le soudage par friction-malaxage est un procédé de soudage en phase solide basé sur le malaxage du matériau pâteux dans la zone à souder, le principal avantage de cette technique est sa capacité à souder les alliages de métaux généralement difficiles à souder par soudage conventionnel processus. Nous proposons dans la première partie de ce document un modèle analytique pour calculer la distribution de température tridimensionnelle pendant le processus de soudage par friction-malaxage "FSW". Pour cette raison, la méthode de séparation des variables est utilisée pour résoudre l'équation associée à ce problème. Les résultats de cette étude sont comparés avec des données provenant de la littérature pour valider notre modèle. De plus, le but est de faire une étude analytique de ces aspects bien comprendre de ce phénomène et alors comme éduction significative du temps de calcul par rapport aux calculs résultant d'un modèle par éléments finis ou par éléments différentiels. La connaissance de ce champ de température est une donnée indispensable pour la formation de la simulation des contraintes et les distorsions résiduelles. Dans la deuxième partie de cette thèse est divisé en deux parties, la première partie concerne l'étude en cas d’un comportement fluide au cours le soudage par friction et malaxage dans deux cadres stationnaire et instationnaire. La solution de ce comportement s’appuie sur un problème classique de mécanique des fluides .Cette solution traditionnellement présenté en quasi-statique. En ce qui concerne la deuxième partie, le viscosimètre de Couette sera considéré avec un matériau solide afin de simuler le comportement solide des matériaux soudés au cours le soudage par friction et malaxage. Donc, le cas d’un comportement solide la détermination de l’état d’équilibre (contraintes et déformations) du le viscosimètre de Couette exige la résolution d’un système d’équations aux dérivées partielles, exprimant la compatibilité du champ de déformation, les équations d’´equilibre, la loi de comportement et les conditions aux limite correspondantes. Mots clés : modèle analytique, transfert de chaleur, équation de la chaleur, source de chaleur, comportement fluide, comportement solide, viscosimètre de Couette. ----------------------------------------------Abstract: Friction stir welding is a solid phase welding process based on the mixing of the pasty material in the area to be welded, the main advantage of this technique is its ability to weld metal alloys generally difficult to weld by conventional welding process . In the first part of this paper, we propose an analytical model for calculating the three-dimensional temperature distribution during the friction stir welding process "FSW". For this reason, the method of separating variables is used to solve the equation associated with this problem. The results of this study are compared with data from the literature to validate our model. In addition, the goal is to make an analytical study of these aspects to understand this phenomenon and then as a significant reduction in computation time compared to the calculations resulting from a finite element model or differential elements. The knowledge of this temperature field is essential for the formation of stress simulation and residual distortion. In the second part of this thesis is divided into two parts, the first part concerns the study in case of a fluid behavior during friction welding and mixing in two stationary and unsteady frames. The solution of this behavior is based on a classical problem of fluid mechanics. This solution traditionally presented in quasi-static. Regarding the second part, the Couette viscometer will be considered with a solid material in order to simulate the solid behavior of welded materials during friction and mixing welding. So, the case of a solid behavior the determination of the equilibrium state (stresses and deformations) of the Couette viscometer requires the resolution of a system of partial differential equations, expressing the compatibility of the deformation field, the equilibrium equations, the law of behavior and the corresponding boundary conditions. Keywords: analytical model, heat transfer, heat equation, heat source, fluid behavior, solid behavior, Couette viscometer