Discussion sur l’ensemble de la démarche de modélisation 144 

La démarche de modélisation numérique mise en œuvre dans le cadre de ce travail de recherche a permis de mieux comprendre les liens qui existent entre les paramètres de soudage, l’histoire thermomécanique imposée au matériau et la microstructure du joint soudé. Ces liens ont été étudiés et analysés au moyen d’un modèle théorique visant à représenter numériquement les phénomènes thermiques et mécaniques se produisant au cours de la phase d’attente du procédé FSW. Ce modèle a été calibré à l’aide de données expérimentales de référence.

D’abord, le modèle a permis de comprendre les phénomènes thermomécaniques qui se produisent lors du soudage. L'enregistrement expérimental du couple mesuré à 600 rpm a permis de faire une calibration approximative de la consistance viscoplastique du matériau et du coefficient de transfert de chaleur à l’interface entre les pièces soudées et les objets en contact. Les valeurs calibrées permettent d’obtenir un profil de température physiquement acceptable sous l’outil, c’est-à-dire que les températures calculées sont suffisamment élevées pour induire les phénomènes métallurgiques (dissolution et croissance des précipités, recristallisation dynamique) mais inférieures à la température du solidus de l’alliage.

L’impossibilité de reproduire le couple à deux vitesses de rotation (600 et 1200 rpm) par un ajustement plus précis des paramètres de la contrainte d’écoulement et du coefficient de transfert de chaleur a mené à l’étude de la condition de contact à l’interface entre l’outil de soudage et le matériau soudé. Cette étude a permis de quantifier les quantités de chaleur créées par la déformation plastique (source volumique) et par le frottement (source surfacique) en fonction du coefficient de frottement. Par comparaison avec les puissances mesurées expérimentalement, il a été mis en évidence que le coefficient de frottement dépend de la vitesse de rotation. Enfin, l’influence de la vitesse de rotation sur la microstructure du joint a pu être interprétée par la variation du coefficient de frottement.

Pourquoi le contact est-il plus « glissant » lorsque la vitesse de rotation augmente? Les travaux actuels ne permettent pas de fournir une réponse exacte à cette question. Il est possible que le frottement plus faible à l’interface soit attribuable à une force verticale plus faible. Pour une vitesse de rotation plus basse, le matériau plus froid est en mesure de fournir une force de réaction plus importante. Si la loi de frottement de Coulomb est respectée, une force verticale plus grande se traduit par un cisaillement plus important à l’interface.

La démarche de modélisation et ses conclusions ont été utiles pour interpréter les résultats de la caractérisation mécanique. Par exemple, la forme du noyau dépend de la vitesse de rotation à cause de la condition de contact. La nature du contact influence aussi l’énergie de soudage, dont l’effet sur la résistance en fatigue a été démontré au chapitre 4. Enfin, la nature du contact à l’interface outil/matériau peut favoriser la présence de certains défauts. Par exemple, un contact trop glissant diminue la profondeur de la déformation plastique, ce qui peut induire un manque de pénétration et provoquer une rupture prématurée en fatigue.

Les calculs effectués ont été limités à la phase d’attente pour laquelle seul un mouvement de rotation est effectué. Les raisons de cette limitation ont été expliquées au Chapitre 2. D'autre part, le nombre de simulations a du être limité à cause du temps de calcul. L’utilisation d’un ordinateur

personnel de puissance moyenne (processeur de 1.86 GHz, mémoire vive de 1.5 gigaoctet) a permis de faire l'intégration temporelle de la solution thermomécanique en environ 1 heure par tour de l'outil. Le temps du calcul et des remaillages se compte en jours pour chaque seconde de révolution de l'outil. Ce problème pourrait être contourné de deux façons : d’une part, une station de travail avec multiprocesseurs pourrait être utilisée pour mettre en œuvre la version parallèle de FORGE; un autre moyen serait d’utiliser une option du code qui permet de résoudre les problèmes axisymétriques en deux dimensions tout en ayant une troisième composante de vitesse autour de l’axe de rotation. Pour un temps de calcul donné, travailler en deux dimensions permettrait de faire l'intégration temporelle avec un maillage plus fin pour mieux capter les gradients de déformation et de température. Il n’en demeure pas moins que seules les phases de plongée et d’attente pourraient être étudiées de cette façon.

Une amélioration importante pourrait aussi être apportée au niveau de la représentativité physique du modèle. En effet, il serait très utile de considérer la composante élastique de la déformation du matériau dans les travaux futurs. Une formulation élastique-viscoplastique pourrait être utilisée pour décrire le comportement du matériau afin de reproduire la force verticale exercée par l’outil sur le matériau. Cet aspect est important pour deux raisons. D’abord, cela permettrait de modéliser le frottement à l’interface à l’aide de la loi de Coulomb, dont la représentativité physique est meilleure qu’une loi de frottement viscoplastique. Également, nous avons vu au chapitre 4 que le soudage peut être effectué en contrôlant la force verticale et que cette dernière peut avoir une influence sur les propriétés du joint. L’étude de l’effet de la force verticale durant la phase d’attente permettrait peut-être de mieux comprendre cette influence. La prise en compte de la force verticale dans une prochaine démarche de modélisation apparaît donc incontournable.