Méthodes de résolution
Modélisation numérique des procédés de soudage

3.1 Analyse transitoire

La méthode des éléments finis est bien adaptée à la détermination des contraintes et distorsions résiduelles de soudage. Comme on l’a déjà vu, la simulation est généralement menée en deux étapes.

Dans une première étape, on s’intéresse au calcul des distributions de température et des proportions de phase au cours du temps. Pour cette analyse, le champ de température est calculé par éléments finis alors que les proportions de phase sont calculées aux points d’intégration des éléments. La simulation mécanique, dans un second temps, utilise ces résultats pour évaluer les déplacements (aux nœuds du modèle) et les contraintes (aux points d’intégration des éléments).

Les analyses thermique et mécanique sont souvent réalisées sur le même maillage, mais ce n’est pas obligatoire. Dans ce dernier cas, il convient alors d’utiliser une procédure permettant de transférer les résultats de la simulation thermique obtenus sur le maillage « thermique » sur le maillage qui servira en mécanique. L’utilisation d’éléments finis du premier ordre est recommandée en thermique. En mécanique, l’emploi d’éléments finis performants pour des matériaux présentant un comportement élastoplastique obéissant au critère de von Mises est préconisé. L’utilisation d’éléments du second ordre sous intégrés ou d’éléments du premier ordre à intégration sélective constitue un bon choix. Tout code de calcul peut être utilisé, sous réserve bien sûr, qu’il dispose des possibilités de modélisation physique nécessaires. Certains proposent des possibilités d’activation/passivation d’éléments bien utiles pour modéliser le soudage avec apport de matière (ANSYS, SYSWELD, entre autres).

Mais, les procédés de soudage induisent des gradients de température et de microstructure et par suite de contrainte très importants au voisinage de la source de chaleur. Cette source de chaleur est d’autre part mobile ce qui conduit à des maillages tridimensionnels extrêmement denses à proximité et tout au long du (ou des) joint(s) soudé(s) et donc à des temps de résolution rarement acceptables dans un contexte industriel. Des méthodes spécifiques...