Formation sur la simulation numérique du soudage (SNS)

avec la Méthode des éléments-finis (2.5j)


  • Présentation

La simulation numérique du soudage (SNS) au moyen de la méthode des éléments finis (MEF), rendue possible par le développement de fortes puissances de calculs, est devenue un outil essentiel dans l’industrie, pour prédire les contraintes et les déformations générées au cours des procédés d’assemblages par soudage. En effet, bien que ces contraintes et déformations résiduelles puissent être atténuées par des traitements thermiques et/ou mécaniques, leur détermination apparaît comme essentielle, pour intégrer une meilleure maîtrise des marges, pour diminuer les coefficients de sécurité et donc optimiser les coûts de réalisation, ou encore en vue d’une analyse avale de dommage. Dans ce contexte, les avantages de la SNS sont nombreux, car celle-ci constitue :

  • un outil de compréhension des phénomènes physiques mis en jeu au cours du soudage
  • Un outil permettant de réaliser des analyses paramétriques en vue d’optimiser une séquence ou un procédé
  • Un outil de prédiction des conséquences thermiques, métallurgiques, et mécanique de l’opération de soudage ; de ce point de vue, elle constitue une alternative intéressantes aux mesures de contraintes souvent délicates à mettre en place et à interpréter

Cette formation, destinée aux utilisateurs de la MEF désirant pratiquer la SNS, ou aux spécialistes du soudage désirant connaitre les potentialités et les limitations de cette méthode, permettra au stagiaire d’aborder les principales problématiques rencontrées en SNS, les notions de bases, les difficultés inhérentes, mais également de mettre en pratique des calculs SNS sur des cas concrets. Les principaux types d’applications sont abordés : calculs 3D de l’évolution thermique, métallurgique et mécanique pour différents types d’acier, soudage multipasses… Cette formation aborde délibérément la SNS d’un point de vue "ingénieur", et vise à son application pratique. C’est pourquoi une partie de la formation est consacrée à un état de l’art sur les méthodes simplifiées en SNS couramment utilisées dans l’industrie.

La formation sera axée prioritairement sur la prédiction des contraintes et distorsions générées par le soudage, en tenant compte des effets métallurgiques. Seuls les problématiques classiques en SNS, et les procédés de soudage par fusion, sont abordés (soudage à l’arc, laser, faisceaux d’électron…). En particulier le cas des procédés de soudage par friction n’est pas traité.

Les TP sont effectué avec le logiciel libre Code_Aster ; Toutefois la formation est dans une large mesure indépendante du logiciel utilisé. La formation propose également un panorama des possibilités de SNS avec les outils payants, dédiés (SYSWELD, MORFEO…) ou généralistes (ABAQUS, ANSYS…), en pointant les spécificités liées à chaque code.


  • Public

Technicien supérieur, Ingénieur, chercheurs


  • Pour qui ?

Cette formation s’adresse :

  • Aux utilisateurs avertis de la MEF désirant connaitre et mettre en pratique les possibilités de modélisations en SNS, ou désirant simplement monter en compétence dans le domaine de la thermo-mécanique
  • Aux personnes travaillant dans le milieu du soudage et désirant connaitre les potentialités de la SNS
  • Aux personnes qui rédigent des cahiers des charges de calculs type SNS, ou prennent des décisions d’après des résultats de calculs SNS
  • Aux personnes qui désirent suivre ultérieurement une formation d’un fournisseur de Logiciel sur un code SNS dédié, et souhaitent auparavant connaitre les notions clés, l’état de l’art actuel, et les difficultés inhérentes à la SNS

  • Pré-requis
  • Pré-requis indispensables :
    • Connaissance des principes de base de la MEF ; une expérience solide sur au moins un code EF serait souhaitable
    • Connaissances de bases en mécanique non-linéaire ; des notions de base en thermique et en métallurgie seraient également préférables
  • Pré-requis facultatif
    • Une connaissance préalable du logiciel Code_Aster (support des TP) n’est pas indispensable, mais pourra faciliter la pratique des exercices

  • Objectifs
  • Permettre au stagiaire de réaliser seul un calcul de soudage simple avec les méthodes SNS classiques. Ceci est notamment possible avec le logiciel libre Code_Aster, utilisé pour les TP de la formation
  • Fournir des informations permettant d’appréhender la problématique générale de la SNS, sous ses différents aspects (prévisions des contraintes résiduelles et distorsions, prédiction de la métallurgie, optimisation de procédés…)
  • Mettre en évidence les possibilités offertes actuellement par la SNS (état de l’art dans le domaine), mais également ses limitations (temps de calculs, limites des modèles actuels)
  • Décrire les principaux phénomènes thermiques, métallurgiques, et mécaniques mis en jeu lors du soudage, ainsi que leur modélisation
  • Mettre en œuvre la SNS sur différents exemples, afin d’illustrer les notions présentées
  • Présenter quelques méthodes simplifiées permettant de mettre en œuvre la SNS dans un contexte d’ingénierie

  • Les plus de la formation
  • De nombreux TP et exemples
  • Les difficultés pratiques de la SNS abordées sans tabous
  • Des astuces de modélisations permettant d’éviter les pièges courants
  • Les conseils d’un professionnel pratiquant la SNS depuis plus de 10 ans
  • Une clé USB/CD-Rom bootable avec un environnement contenant le logiciel EF utilisés dans le cours, les exemples et exercices abordés, les supports de cours

  • Programme
  1. Présentation générale de la problématique SNS :
    • Problématiques liées à la SNS, outils existants, possibilités et limitations
    • Les principaux phénomènes physiques mis en jeu et leur modélisation
    • Principales difficultés inhérentes à la SNS

  2. Modélisation thermique des champs de températures transitoires générés lors du soudage :
    • Possibilités de calculs thermiques
    • Modélisation de la source de chaleur (cas 2D, 3D)
    • Exemples d’application sur ordinateur : calcul de soudage thermiques 3D quasi-stationnaires, et transitoires du dépôt d’un cordon sur une plaque

  3. Modélisation des phénomènes métallurgiques :
    • Possibilités de calculs métallurgiques
    • Exemple d’application sur ordinateur : évolution métallurgique sur un unique EF et sur une structure 3D

  4. Modélisation mécanique des contraintes et distorsions résiduelles :
    • Conséquences mécaniques des transformations métallurgiques
    • Possibilité de modélisations correspondantes
    • Quelques rappels sur les lois de comportements pour les aciers
    • Quelques remarques sur les données matériaux
    • Exemple d’application sur ordinateur : interactions TMM sur un exemple simple (dilatométrie bloquée) ; calculs TMM des contraintes et distorsions transitoires et résiduelles sur géométrie 3D ; influence des transformations métallurgiques

  5. Modélisation du soudage multipasses :
    • Difficultés spécifiques au soudage multipasses
    • Différents approches simplificatrices possibles
    • Exemple d’application sur ordinateur : calcul des contraintes résiduelles dans le cas du soudage multipasses de conduites cylindriques en acier austénitique

  6. Etat de l’art sur les méthodes simplifiées :
    • Groupages de passes, macro-dépôts, retraits imposés…