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Theses

Interaction laser/matière en régime de perçage par percussionanalyse expérimentale, modélisation et simulation numérique

Résumé : Le perçage par laser est le procédé majoritairement utilisé pour la fabrication des trous de refroidissement des chambres à combustion des moteurs d'avion. La maîtrise de ce procédé, afin de limiter les écarts de géométrie des trous ainsi que les défauts microstructuraux induits, est une problématique qui a un fort enjeu industriel.L'interaction entre un faisceau laser et une matière métallique absorbante dans les régimes de perçage laser implique des phénomènes thermiques et hydrodynamiques dont le rôle sur le perçage n'est pas encore complétement expliqué. Ces travaux de thèse apportent des éléments de réponse par une approche de simulation numérique.Une investigation expérimentale couvrant une large gamme de paramètres opératoires a permis de quantifier la vitesse d'éjection liquide, la pression de recul et la température de surface en cours de procédé et d'analyser l'influence de la puissance crête du faisceau laser et de propriétés physiques matériau sur le perçage. Plusieurs méthodes expérimentales originales d'observations in situ et post-procédé ont été mises en œuvre dans cette investigation.Le modèle physique du perçage laser qui a été retenu pour la simulation intègre les changements de phase solide/liquide et liquide/vapeur, la mobilité des interfaces, l'éjection de la phase liquide et les échanges de chaleur par conduction et convection. Il est résolu en 2D axisymétrique via un code de calcul développé entièrement durant la thèse. Ce développement se base sur une méthode numérique récente, appelée méthode des éléments naturels contraints (CNEM en anglais), qui permet une description lagrangienne des interfaces mobiles et de l'écoulement du liquide. Cette description facilite l'application des conditions aux frontières. Les paramètres et données d'entrée du modèle sont tous issus de la littérature et/ou de mesures expérimentales.Les simulations réalisées ont permis de prédire la plupart des mesures sans aucun ajustement de paramètres. Les écarts observés ont donné des informations inédites sur la contribution de la répartition spatiale du faisceau laser et de la phase vapeur sur la géométrie des trous. L'étude des cycles thermiques a permis de mieux comprendre les transformations métallurgiques induites au cours du perçage laser.
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https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01068269
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Thursday, September 25, 2014 - 12:27:15 PM
Last modification on : Tuesday, May 19, 2020 - 4:12:45 AM
Document(s) archivé(s) le : Friday, December 26, 2014 - 10:35:48 AM

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GIRARDOT.pdf
Version validated by the jury (STAR)

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  • HAL Id : pastel-01068269, version 1

Citation

Jérémie Girardot. Interaction laser/matière en régime de perçage par percussionanalyse expérimentale, modélisation et simulation numérique. Génie mécanique [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2014. Français. ⟨NNT : 2014ENAM0001⟩. ⟨pastel-01068269⟩

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