Nous étudions expérimentalement et numériquement la dynamique de bulles d’air isolées traversant l’interface initialement plane entre deux liquides newtoniens. Les liquides utilisés dans les expériences nous permettent d’obtenir des rapports de viscosité qui peuvent varier de deux ordres de grandeur entre les deux couches et dans une moindre mesure, de faire varier le contraste de densité et la tension interfaciale rencontrés par la bulle lors de la traversée de l’interface. Deux dispositifs d’injection différents sont utilisés afin d’obtenir des bulles dont les diamètres s’échelonnent typiquement entre 1 mm et 2 cm et dont les plus grosses adoptent une forme torique. Nous réalisons en parallèle des simulations numériques axisymétriques à l’aide de deux approches distinctes basées pour l’une sur un modèle de capture d’interface (de type VOF mais sans reconstruction d’interface), pour l’autre sur un modèle de Cahn-Hilliard couplé aux équations de Navier-Stokes.

An improvement in the life time calculation is aspired by the characterisation of the life time behaviour of a typically lightweight aircraft titanium alloy by describing the microstructure. Therefore, extensive research on a Ti-6-4 fitting element has been carried out. In addition to static tensile tests, rotating bending tests and fracture mechanical tests, component tests with constant and variable load were performed. Simultaneously, the microstructures of the specimens and tested components are extensively analysed at several points including the lug area, as well as, the specimen’s microstructure taken out of the lower link fitting. A common consideration of life time results as well as results of the microstructure in the life time calculation shows the possibilities for more precise life time estimation.

L’apparition de vibrations, ou bien des régimes instables, est induite par l’interaction dynamique du processus de coupe avec le système élastique de la machine-outil dans différentes conditions de travail. L’objectif de ce travail est de développer un modèle dynamique appliqué au processus de fraisage pour réaliser la surveillance du processus, l’analyse et l’optimisation des conditions de coupe lors du contact outil/pièce/machine. Pour mettre en place ce protocole et atteindre les connaissances approfondies des phénomènes dynamiques nous effectuons une étude de ceux-ci divisée en deux parties : la machine et le processus de coupe. Une analyse dynamique détaillée de la machine est obligatoire avant de modéliser les phénomènes vibratoires présents lors de la coupe.

Dans cet article, une étude comparative entre les caractéristiques hydrodynamiques de l’écoulement laminaire généré en cuves agitées par différents mobiles de proximité de type mono et double vis avec profils simple et modifié a été menée en utilisant la simulation numérique. Cette étude a été abordée à l’aide d’un code spécifique de dynamique des fluides numérique (CFD), basé sur la résolution des équations de Navier-Stokes par la méthode des volumes finis. Les résultats numériques obtenus montrent bien l’influence de la forme du mobile d’agitation sur le comportement de l’écoulement au sein de la cuve. En effet, on remarque que l’utilisation d’une vis à profil modifié favorise un champ de vitesse plus actif que dans le cas des configurations à profil simple. Par ailleurs, et dans le cas d’une double vis, on note que l’effet de la dissipation visqueuse et du pompage est nettement plus prépondérant, présentant ainsi une meilleure efficacité de pompage et de consommation énergétique. La comparaison de nos résultats numériques avec les résultats expérimentaux tirés de la littérature montre une bonne adéquation, ce qui prouve la validité de la méthode d’analyse adoptée.

Durant les premières étapes de dimensionnement d’un moteur, on définit des cotes clefs relatives en particulier au vilebrequin. Le choix approprié de ces cotes, dimensionnant pour d’autres pièces, nécessite plusieurs itérations. N’étant pas aisé de faire appel à des calculs de structure de type éléments-finis qui seront coûteux en temps et qui nécessitent des moyens de calcul importants, un calcul de type « résistance des matériaux » peut être utile, rapide et suffisamment précis dans ce cas. Le vilebrequin est alors modélisé en flexion par un arbre cylindrique, composé de quatre tronçons à section elliptique. Chaque tronçon représente une partie inter-paliers du vilebrequin d’un moteur quatre cylindres en ligne. Ce travail présente une méthodologie d’identification des caractéristiques géométriques des sections droites elliptiques équivalentes d’une modélisation de type R.d.M. sensées représenter la géométrie réelle du vilebrequin. Disposant de la CAO du vilebrequin et du chargement réel au cours du cycle moteur on calcule en élasticité tridimensionnelle par éléments-finis les réactions aux paliers. Par comparaison avec des calculs de même type du modèle R.d.M., on identifie les sections et leur ellipticité pour la poutre « vilebrequin ». Cette méthodologie a le mérite d’être simple et efficace lors des calculs quasi statiques du vilebrequin.

Les opérations de fraisage sont relativement complexes à mettre au point car il y a de nombreux paramètres de coupe et caractéristiques géométriques de l’outil. De plus, les efforts de coupe varient en usinage, du fait de la discontinuité de la coupe. La modélisation des opérations de fraisage et la détermination des efforts de coupe devraient permettre d’évaluer, rapidement et avec peu d’essais, l’effet de paramètres géométriques de l’outil et des conditions de coupe, et définir ainsi un domaine d’utilisation acceptable. Toutefois pour réaliser cet objectif, il est nécessaire de disposer de modèles robustes et capables de reproduire l’effet de différents paramètres, en particulier ceux liés à la géométrie de l’outil. Le filetage à la fraise est une technique qui permet de générer aussi bien des filets intérieurs qu’extérieurs par interpolation hélicoïdale avec un outil ayant le profil du filet. Cette technique possède plusieurs avantages, notamment par rapport au taraudage, et s’avère adaptée au contexte de production de pièces à forte valeur ajoutée. D’un point de vue géométrique, le filetage à la fraise est une configuration d’usinage 3D complexe, et ceci par la trajectoire, la géométrie de coupe de l’outil et la section coupée. L’étude proposée traite de la modélisation géométrique du filetage à la fraise qui est une étape préliminaire indispensable notamment à la modélisation des efforts de coupe. L’approche développée expose une formulation analytique complète de la géométrie de la fraise (arête de coupe, face de coupe, face en dépouille) et examine les spécificités de ce type d’outil en terme de variation d’angle d’outil. Par ailleurs, elle propose une formulation simplifiée de la section coupée.

L’alimentation en air de l’habitacle d’une automobile se fait par l’intermédiaire de la boîte à eau (BAO), réceptacle également destinaé recevoir l’eau de pluie ruisselant du pare-brise. Une meilleure connaissance des écoulements d’air et d’eau et des instabilités générées à l’intérieur de cette BAO est nécessaire pour assurer à la fois une bonne évacuation de l’eau vers l’extérieur et une alimentation en air sec, dépourvue de gouttelettes, vers l’intérieur. Les résultats tirés de cette approche expérimentale doivent permettre de faire évoluer les modèles numériques utilisés dans l’entreprise.

L’assemblage de certaines pièces métalliques qu’on peut rencontrer dans l’industrie (nucléaire, spatiale, ...), engendre souvent un chemin de fuite qui peut laisser passer un fluide. L’étude suivante a pour objet la compréhension de la phénoménologie d’un écoulement confiné traversant le voisinage du point critique et son influence sur le débit de fuite. Ce problème d’étanchéité a été limité aux situations stationnaires et visqueuses. Le chemin de filtration a été assimilé à un capillaire dont la paroi est maintenue à la température critique. Une différence de pression a été imposée entre une entrée supercritique et une sortie subcritique. L’approche phénoménologique a permis de mettre en évidence la présence d’une zone de transition au passage du point critique. Dans cette région de forte dilatation on a montré l’existence d’un couplage thermo-dynamique et le rôle joué par la convection thermique qui associe la conduction pour assurer le transport de chaleur. On montre que la progression du fluide vers l’extérieur est ralentie par un effet bouchon.

La zone superficielle est très souvent la partie d’un composant qui subit les plus fortes contraintes, c’est également cette zone qui est exposée aux frottements et aux attaques chimiques. Les traitements de surface sont largement utilisés pour régler les problèmes d’usure, d’attaque chimique, de corrosion ou de fatigue. Ce travail concerne la mise au point d’un traitement de conversion de surface par diffusion précipitation. Ce procédé de durcissement superficiel permet d’augmenter et d’améliorer les propriétés en surface des matériaux et plus particulièrement celles des outils. Il est proposé dans ce travail, de rechercher les conditions d’obtention d’un carbure de chrome connu pour ses propriétés de résistance à l’usure, à la corrosion et à l’oxydation, à partir d’un traitement réalisé en trois étapes : la première étape est une cémentation en caisse par le carbone sur deux aciers à bas carbone : le XC18 et le 16MC5. La deuxième étape consiste à déposer à la surface des aciers traités, un film de chrome métallique de quelques μm. La troisième étape consiste à maintenir à haute température les pièces précédemment obtenues pour convertir la surface chromée en carbure par diffusion du carbone de la zone cémentée vers la surface chromée afin d’obtenir par précipitation du carbure de chrome. La caractérisation des propriétés mécaniques (dureté et module de Young) par nanoindentation des échantillons obtenus est réalisée dans ce travail.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’optimisation de forme des structures dont le comportement est hyperélastique incompressible et anisotrope. La fonction énergie est décomposée en une composante isotrope et une composante anisotrope. L’approche décrite dans cet article est le calcul exact de la sensibilité pour les éléments solides en utilisant un matériau à comportement hyperélastique. La résolution du problème mécanique est faite par la méthode des éléments-finis en utilisant un algorithme d’optimisation appelé SQP (Sequential Quadratic Programming). Le critère d’optimisation (fonction objectif à minimiser) est défini à partir du critère de Von Mises avec une limitation de conservation du volume. Les variables d’optimisation sont les coordonnées des points de contrôle avec une paramétrisation par les courbes de B-splines. La faisabilité de la méthode développée est validée par un exemple numérique avec une comparaison du calcul de la sensibilité par la méthode des différences finies.

Un modèle numérique, permettant d’obtenir de manière automatique des informations sur la propagation des ondes de coup de bélier dans les réseaux maillés de conduites, est présenté. Le modèle tient compte des bifurcations et des dérivations dans les réseaux de conduites ainsi que des pertes de charges. Il est constitué d’un système de deux équations aux dérivées partielles non-linéaires de type hyperbolique résolu par la méthode des caractéristiques. L’algorithme numérique ainsi construit fournit une estimation des pressions maximales dans le fluide et des contraintes maximales dans les parois dues à la fermeture rapide de vannes. Dans certains cas, la contrainte maximale peut devenir supérieure à la contrainte admissible et provoque la rupture des conduites. La dangerosité d’un défaut de type cratère de corrosion a été analysée en déterminant la distribution des contraintes en tête de ce défaut. Les résultats obtenus permettent de calculer le facteur d’intensité de contraintes d’entaille appliqué. Cette grandeur est insérée dans un diagramme Intégrité-Rupture de type SINTAP et les nœuds en situation critique sont déterminés. Il y a risque de rupture si le facteur de sécurité est inférieur à 2. Les résultats de calcul montrent que presque tous les nœuds du réseau analysé sont situés en dehors du domaine d’intégrité.

We study the dynamic response to small acoustic oscillations of a vaporizing droplet in shape of a pastille (a small liquid cylinder, called “pastille” in the sequel, the height of which being smaller than the radius of the base). Contrary to some previously proposed models, where the thermal convection effect inside the droplet is often neglected, the continuously fed pastille-shaped model takes into account the effects of both thermal convection and conduction. Curves related to different heat exchange coefficients are presented for the frequency response of the vaporization rate. The case where the feeding process at the bottom of the pastille is assumed isothermal (isothermal bottom regime) is compared to the one where the feeding process at the bottom of the pastille is adiabatic (adiabatic bottom regime). The response factor curves for the pure conduction model of the spherical droplet and for the present model of the “equivalent pastille” are also compared. The temperature field perturbation is then examined. As well as for the evaporation mass flow rate perturbation, comparisons are made between the regime with an isothermal bottom and the one with an adiabatic bottom. We find that, in spite of some divergences observed between the various cases, the frequency response of a droplet submitted to acoustic oscillations presents also some common points. It is shown that the life time (or residence time), the thermal diffusion time, and the period of the harmonic perturbation do intervene strongly in the behaviour of the vaporizing pastille. The liquid propulsion is a possible application of this basic study conducted as part of a thesis.

L’utilisation de machines-outils à structure parallèle devrait permettre d’accroître la productivité de l’usinage par rapport aux machines-outils à structure sérielle pour des performances cinématiques des axes similaires. Ces machines-outils doivent cependant présenter une rigidité de leur structure, une précision de leur commande, et une accessibilité d’outil suffisantes pour l’usinage de pièces aéronautiques. Cet article propose alors de comparer les performances durant l’usinage d’une machine-outil 5 axes à structure parallèle, la Tripteor X7 de PCI, et d’une machine-outil 5 axes à structure sérielle, la KX15 de Huron. La comparaison est réalisée à l’aide d’une pièce test représentative du secteur aéronautique. Les paramètres évalués sont le temps d’usinage pour les différentes opérations, la qualité dimensionnelle et géométrique de la pièce réalisée et l’état de surface des surfaces obtenues. Ces essais illustrent le potentiel des machines-outils à structure parallèle à usiner des pièces aéronautiques avec une qualité dimensionnelle et géométrique satisfaisante en augmentant la productivité. Cependant, la qualité d’état de surface obtenue avec la machine-outil à structure parallèle PCI Tripteor X7 n’est pas acceptable vis-à-vis des contraintes de qualité des pièces aéronautiques. Ainsi, plusieurs voies d’amélioration du processus d’usinage avec les machines-outils à structure parallèle sont proposées afin de mieux maîtriser la productivité et l’état de surface obtenue durant l’usinage.

This paper deals with a balance of energy and cutting fluid consumption used to manufacture an aluminum clutch case (AlSi9Cu3(Fe)) in industrial context. To establish this balance sheet constitutes the first stage of a reflection aiming at reducing the economic and ecological impact of the production of mechanical parts. Indeed, before intending to set up new technologies susceptible to reduce the cost of manufacturing of a part it is necessary to draw up an inventory of fixtures of the current situation. This paper brings to light the energy and environmental cost connected to the use of cutting fluids in machining. It establishes a prerequisite in the studies necessary for the implementation of a new technology (the minimum quantity lubrication or MQL) and in the characterization of this technology in comparison with the existing (wet machining). This study joins within the framework of a project supported by the “agence de l’environnement et de la matrise de l’énergie” (ADEME, France).

La répartition hétérogène du plutonium dans le combustible nucléaire MOX implique que la modélisation de son comportement, durant l’irradiation en réacteur à eau pressurisée, passe par la construction de lois macroscopiques faisant intervenir les effets microstructuraux. Pour homogénéiser ce problème local, nous avons choisi une méthode d’analyse par champs de transformation non uniformes, abrégé anglais NTFA (J.-C. Michel, P. Suquet, Int. J. Solids Struct. 40 (2003) 6937–6955). Nous présentons donc ici, les travaux menés sur ce modèle pour l’adapter au comportement du MOX en service, ainsi qu’une comparaison des résultats globaux et locaux de ce modèle à des calculs de référence.

Ce travail s’intéresse à un écoulement autour d’un obstacle cylindro-conique chauffé, en rotation à l’intérieur d’une cavité cylindrique. Il s’agit d’étudier l’influence d’une perturbation de type harmonique sur le comportement dynamique de l’écoulement et sur le mécanisme de l’échange thermique avec l’obstacle. La fréquence de référence de l’écoulement périodique a été déterminée par l’analyse de l’évolution du régime vers son état stationnaire. L’étude a été menée pour des fréquences variant de 1/3 de la fréquence de référence à 10 fois cette dernière. La périodicité de l’écoulement est assurée par la condition d’entrée sur le débit supposé périodique. L’étude numérique a été réalisée pour des valeurs du nombre de Reynolds inférieur à 100 et pour des valeurs de nombre de Taylor inférieur à 500 afin d’éviter la présence des instabilités au sein de l’écoulement. Deux méthodes numériques ont été utilisées : une méthode de différences-finies combinée avec un schéma ADI et la méthode des éléments-finis. Le fluide considéré est l’air avec des propriétés physiques constantes. Le couplage convection-conduction a été considéré dans une plage de variation du rapport K de la conductivité thermique du solide à celle du fluide de 10-2 à 103. Les résultats montrent que les composantes de la vitesse varient en phase avec le débit, alors que la pression et les différents paramètres thermiques sont en déphasage avec la vitesse d’entrée. On note aussi l’aspect périodique de tous les paramètres dynamiques et thermiques de l’écoulement pour les nombres de Reynolds utilisés. L’influence de la fréquence se manifeste davantage pour ses valeurs élevées. Le nombre de Nusselt est proportionnel à la fréquence. Ces résultats sont en bon accord avec ceux données par d’autres études de référence.

Cet article concerne les composites stratifiés croisés constitués de plis unidirectionnels. Ces stratifiés ont été vieillis en conditions hygrothermiques par des conditions d’environnement variables. En effet les propriétés mécaniques des stratifiés sont affectées par les variations de la température et de l’humidité. Lorsque des stratifiés croisés sont soumis à des sollicitations de traction quasi-statiques, le premier type d’endommagement qui apparaît est la fissuration transversale des couches orientées à 90°. La présence de ce type de fissures entraîne une diminution de la rigidité des stratifiés. Dans cet article, un modèle analytique fondé sur la diffusion du cisaillement a été modifié pour évaluer la perte de rigidité des stratifiés engendrée par le vieillissement hygrothermique avec la variation transitoire de la concentration en fonction de la densité de fissures. Les résultats de cet article démontrent clairement la dépendance de la dégradation des propriétés élastiques en fonction de la densité de fissuration et des conditions environnementales.

L’usinage robotisé, nouveau challenge de la robotique industrielle, nécessite à la fois rigidité et précision du moyen de production. C’est pourquoi cette pratique particulière du détourage des composites était réservée jusqu’alors aux machines-outils à commande numérique. Cet article propose de démontrer, qu’à partir d’une connaissance des phénomènes de coupe liés aux procédés et de la modélisation des caractéristiques comportementales du robot, il est possible d’optimiser l’exploitation des cellules robotisées. Cette première étude porte sur le cas spécifique du détourage des pièces composites. D’un côté, le robot a été modélisé et ses paramètres de raideur ont été identifiés. De l’autre côté, les conditions de coupe optimales permettant de respecter l’intégrité matière et d’assurer la productivité souhaitée ont été déterminées. Les efforts d’usinage ont alors été relevés. À partir de ces deux études parallèles, les déformations du robot, pour un placement donné de la pièce dans son espace de travail, ont pu être déterminées. Par la suite, ces déformations peuvent être limitées en plaçant judicieusement la tâche dans le volume de la cellule robotisée. Cette solution simple permet de réduire significativement les déformations observées, notamment dans le cas de procédés sollicitant fortement le robot, et ce sans modifier sa commande.

Dans le présent article, les jets turbulents confinés axisymétriques non réactifs sont étudiés en utilisant le modèle de turbulence de second ordre. L’objectif est de mettre en évidence, dans la région initiale du jet, les effets de la variation de densité, provoquée par un écart de température entre le jet d’air chauffé et l’air ambiant, sur les principaux paramètres caractéristiques de tels écoulements. Les résultats numériques obtenus sont alors discutés en comparaison avec ceux issus des expériences de Djeridane [T. Djeridane, Contribution à l’étude expérimentale de jets turbulents axisymétriques à densité variable, Thèse de doctorat, Univ. Aix-Marseille II, 1994] (relatifs aux jets air/air et He/air) et d’autres trouvées dans la littérature. Les mesures expérimentales de la vitesse longitudinale, de l’écart-type des tensions de Reynolds et du scalaire, présentent qualitativement le même comportement. L’écart entre la simulation numérique et l’expérience n’est pas important et les résultats numériques obtenus sont en général satisfaisants.