Over the past few years several technical efforts have been focused on continuous improvement of quench and tempered product at ArcelorMittal Burns Harbor plate mill facility with particular attention being given to optimization of the flatness of quenched product. Incremental improvement in quench line equipment and practices is being aided by computer-based modelling tools and specialized instrumentation. The paper describes the development of different tools used to control flatness after quench and tempering units. The detailed description of a 3D model designed to predict distortion such as edge waves, center buckles, longbows and crossbows during quenching is presented. The model developed with Abaqus is able to predict the evolution of plate temperature, thermal stresses, strains, and distortions during cooling. The water cooling system is represented by top and bottom movable surfaces where a heat flux depending on width, length and temperature is applied. The effect of phase transformation is approximated by a variation of the plate thermal expansion coefficient.

Dans certains procédés de mise en forme, tel que le laminage, l'apparition des contraintes résiduelles est inévitable et peut engendrer le flambage qui se traduit en défauts géométriques. Ceci exige la modélisation de ce phénomène d'instabilité mécanique afin de bien définir la forme et l'amplitude de ces défauts. Cela nécessite un modèle complet ayant des capacités pour le calcul du post-flambage. Dans le présent article, on présente un modèle de flambage possédant la faculté de détecter la charge critique de flambage et la forme post-flambée d'une plaque sous contraintes résiduelles. Des applications à des cas académiques et un cas de laminage seront aussi traités.

L'utilisation de la méthode ultrasonore pour l'évaluation des contraintes résiduelles repose sur l'effet acoustoélastique qui traduit une dépendance de la vitesse de propagation des ondes acoustiques en fonction de l'état de déformation du solide. Dans le cas du soudage, les modifications microstructurales observées dans la zone affectée thermiquement et dans la zone fondue induisent également des variations de la vitesse de propagation des ondes acoustiques. La superposition des deux effets : contraintes et microstructure conduit à surestimer les niveaux de contraintes. Ce travail réalisé en collaboration avec le CETIM de Senlis essaie d'apporter une réponse à ce problème observé dans le cas du soudage. La solution adoptée consiste à caractériser l'effet acoustoélastique ainsi que les vitesses de propagation $V_{0 }$ pour les différentes zones de la soudure. L'étude expérimentale effectuée sur des tôles en aciers P460 HLE et P265 soudées avec un chanfrein en X a permis de valider notre démarche. Ceci nous permet d'envisager sous certaines conditions, l'utilisation de cette méthode dans le cas des équipements sous pression.

Cet article porte sur la modélisation des culasses aluminium de moteurs diesel HDI en vue de prédire leur tenue en fatiguepolycyclique. Celles-ci, avant d'être frettées, serrées sur le bloc moteur et utilisées en service, subissent un traitement thermique (trempe et revenu) afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Lors de ce procédé d'importantescontraintes résiduelles sont générées. Leur modélisation est nécessaire pour obtenir des résultats numériques prédictifs. Une première difficulté vient de la modélisation des échanges thermiques. Pour cela, le choix d'une fonction analytique simple pour le coefficient d'échange H = f(Tparoi), suivi de l'optimisation des différents paramètres, a permis demodéliser les courbes de refroidissement. Une fois l'histoire thermique de la culasse modélisée, un calcul mécanique élastoplastique permet dedéterminer les contraintes résiduelles. Celles-ci, fortement de traction dans la zone à risque, sont défavorables à la tenue à la fatigue polycyclique de la pièce dans le cas de la trempe à l'eau. La prise en compte de l'état résiduel de fin de traitement thermique dans la filière de dimensionnement à la fatigue polycyclique permet alors de caractériser les zones à risque expérimentalement observées.

La démonstration de la sécurité des structures aéronautiques repose sur des calculs de scénarii de fissuration en fatigue. Les calculs de propagation doivent prendre en compte la présence éventuelle de contraintes résiduelles qui sont induites par les procédés d'assemblage des pièces. Les alésages des jonctions de fuselage sont concernés par cet aspect. Une approche prévisionnelle de la fissuration en fatigue des alésages expansés et montés en interférence est présentée. L'approche est validée sur des essais représentatifs des cas de service. Une application de l'approche à des calculs d'aide à la conception est présentée.

Ce travail porte sur l'utilisation du verre comme véritable matériau de structure et concerne plus particulièrement le calcul des contraintes résiduelles de trempe autour des zones d'assemblage par insertion d'un connecteur métallique au sein de plaques trouées et chanfreinées pour la prédiction de la résistance de tels assemblages.Des simulations numériques par la méthode des éléments finis du procédé de trempe sont menées pour le calcul des contraintes transitoires et résiduelles près des bords de plaques de verre (calculs 2D) et près de trous chanfreinés (calculs 3D). Le verre est considéré comme un matériau viscoélastique, le modèle de Narayanaswamy est utilisé, il prend en compte les phénomènes de relaxation de contraintes d'origine visqueuse et structurale. Une difficulté provient de la description correcte des transferts de chaleur pendant la trempe qui est d'importance majeure pour la prédiction des contraintes résiduelles. La convection forcée due au soufflage de l'air et le rayonnement sont modélisés, le caractère semi-transparent du verre est pris en compte. Les coefficients de convection forcée dans les zones bords sont identifiés expérimentalement. Les résultats de prédiction des contraintes résiduelles de trempe sont comparés à des résultats de mesures photo-élastiques. Ce travail permet l'optimisation de la géométrie de la plaque de verre pour un renforcement maximal dans la zone d'assemblage.

Dans un premier temps, les phénomènes à l'origine des contraintes résiduelles en injection de thermoplastique sont décrits, avec les spécificités liées aux polymères renforcés de fibres. Le refroidissement hétérogène associé à une variation de comportement mécanique conduit aux contraintes d'origine thermique, auxquelles il faut ajouter les contraintes dues à la pression dans la phase fluide figée par la solidification. Les fibres de renfort introduisent une hétérogénéité et une anisotropie de comportement mécanique et de retrait. Dans un deuxième temps, une méthode de mesure des contraintes résiduelles basée sur l'enlèvement de couches et la mesure des moments de flexion est présentée. Elle permet la mesure des contraintes résiduelles pour des matériaux anisotropes comme les thermoplastiques renforcés de fibres. En général, on obtient des contraintes de traction en cœur, et de compression en peau. L'effet du fraisage pour enlever les couches est évalué. La pression et le temps de maintien, la température de régulation du moule, le taux de fibres influencent les profils de contraintes.

Ce travail porte sur l'utilisation du verre comme véritable matériau de structure et concerne plus particulièrement la proposition d'une méthode de contrôle in situ non destructif des structures en verre trempé thermiquement, notamment dans les zones d'assemblage. Une méthode de dimensionnement de la structure est proposée. Elle est fondée d'une part, sur un état limite ultime garantissant la pérennité de la structure sur une longue durée de chargement, et d'autre part, sur une prédiction, par la méthode des éléments finis, en tout point de la structure, de l'état de contraintes résiduelles dues au procédé de trempe thermique ainsi que celles dues au chargement mécanique extérieur. La méthode de contrôle consiste à comparer, durant la vie de la structure, des images issues d'analyses photoélastiques sur la structure chargée, à des images obtenues par calcul aux éléments finis pour l'état limite ultime ayant servi au dimensionnement.