Les tôles magnétiques en alliage de fer-silicium jouent un rôle de premier plan dans la construction des machines électriques grâce à l'excellent compromis qu'elles réalisent entre qualités techniques et coût. Les circuits magnétiques des machines électriques sont alors constitués d'empilements de ces tôles très minces (épaisseur inférieure au millimètre) préalablement découpées aux dimensions du circuit magnétique, mais cette découpe affecte les propriétés magnétiques des toles. Le but de notre étude est la modélisation des effets de la découpe sur le comportement magnétique de tôles de fer-silicium. Pour y parvenir, nous caractérisons expérimentalement les déformations plastiques en surface de rondelles poinçonnées par le biais de techniques de corrélation d'images. Puis, nous modélisons les contraintes résiduelles associées au champ de déformation plastique induit par la découpe à partir d'un modèle simplifié de ce mécanisme. Cette analyse met en évidence des contraintes résiduelles de faibles amplitudes mais dont le rayon d'action est suffisant pour affecter le comportement magnétique global de telles structures poinçonnées. La prise en compte de l'influence de ce type de contraintes dans un calcul magnéto-mécanique couplé est actuellement limitée car les modèles existants ne restituent pas correctement le caractère multiaxial du phénomène. <br />Pour résoudre ce problème dans le cas des tôles ferromagnétiques, nous avons mis en oeuvre un dispositif original alliant mesure magnétiques et sollicitations mécaniques biaxiales en traction/compression pour des tôles minces. <br />Ainsi, nous avons mis en évidence les faiblesses des modèles existants et rendu possible l'exploration systématique du comportement magnétique sous chargement mécaniques biaxiaux.

Mémoire (M.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1999. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La thèse porte sur la caractérisation expérimentale et la modélisation des phénomènes de couplages magnéto-mécaniques.<br />Un modèle multi-échelle, considérant successivement l'équilibre d'un domaine magnétique, d'un monocristal (ou grain), et d'un volume élémentaire représentatif est proposé. Ce modèle est appliqué à un alliage de fer-silicium dont on a préalablement caractérisé le comportement magnéto-élastique à l'aide d'un dispositif expérimental spécifique.<br />Les résultats obtenus montrent d'une part la très forte anisotropie du comportement couplé, et, d'autre part l'importance de l'état de contraintes et de la présence de surfaces libres sur le comportement magnéto-élastique. Ces effets sont intégrés au modèle.<br />Quelques applications ou extensions du modèle sont enfin abordées. Elles concernent notamment l'étude de l'effet de la plasticité sur le comportement magnétique ou la détermination d'une contrainte uniaxiale équivalente pour les propriétés magnétiques.

Thèse (D.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2003. / Bibliogr.: f. [325]-340. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les travaux de recherche discutés dans ce manuscrit concernent la conception des générateurs de puissance électrique pour l'aéronautique. L'augmentation de la puissance massique de ces équipements passe par une augmentation des vitesses de rotation, donc une augmentation des contraintes. Un premier point est de s'assurer de la bonne tenue mécanique des matériaux. Un deuxième point est de pouvoir prendre en compte les modifications du comportement magnétique (et donc in fine du couple) lorsqu'ils sont soumis à un état de contraintes multiaxial. L'étude présentée vise en particulier à illustrer l'influence d'états de contraintes biaxiaux sur le comportement magnétique des matériaux constitutifs du rotor. Le défi repose sur la mise en place de méthodes de caractérisation du comportement magnéto-mécanique dissipatif uniaxial et multiaxial des nuances développées par Aperam et utilisées par Thales Avionics pour leurs applications aéronautiques (en FeCo-2V et Fe-3%Si à grains non orientés). Des essais non conventionnels seront effectués sur des échantillons en forme de croix de manière à s'approcher des contraintes réellement subies par le rotor. Les essais sont effectués sur la machine d'essai triaxiale Astrée du LMT-Cachan. L'état de contraintes est estimé par corrélation d'images et par diffraction des rayons X. Des mesures magnétiques anhystérétiques, du champ coercitif et des pertes d'énergie sous contraintes sont reportées. D'autre part, un modèle multi-échelle multiaxial, décrivant le comportement d'un VER (volume élémentaire représentatif) à partir de l'équilibre énergétique à l'échelle microscopique est présenté. L'approche est fondée sur la comparaison des énergies libres de chaque domaine. Une comparaison probabiliste est faite pour déterminer les variables internes que sont les fractions volumiques des domaines. Différentes stratégies envisageables pour modéliser la dissipation statique sont discutées. Puis nous présentons l'approche magnéto-élastique que nous avons retenue visant à une meilleure considération de l'effet de la contrainte sur le comportement des matériaux ferromagnétiques.

Les travaux de recherche discutés dans ce manuscrit concernent la conception des générateurs de puissance électrique pour l'aéronautique. L’augmentation de la puissance massique de ces équipements passe par une augmentation des vitesses de rotation, donc une augmentation des contraintes. Un premier point est de s'assurer de la bonne tenue mécanique des matériaux. Un deuxième point est de pouvoir prendre en compte les modifications du comportement magnétique (et donc in fine du couple) lorsqu'ils sont soumis à un état de contraintes multiaxial. L’étude présentée vise en particulier à illustrer l’influence d'états de contraintes biaxiaux sur le comportement magnétique des matériaux constitutifs du rotor. Le défi repose sur la mise en place de méthodes de caractérisation du comportement magnéto-mécanique dissipatif uniaxial et multiaxial des nuances développées par Aperam et utilisées par Thales Avionics pour leurs applications aéronautiques (en FeCo-2V et Fe-3%Si à grains non orientés). Des essais non conventionnels seront effectués sur des échantillons en forme de croix de manière à s'approcher des contraintes réellement subies par le rotor. Les essais sont effectués sur la machine d'essai triaxiale Astrée du LMT-Cachan. L'état de contraintes est estimé par corrélation d'images et par diffraction des rayons X. Des mesures magnétiques anhystérétiques et de pertes d'énergie sous contraintes sont reportées. D'autre part, un modèle multi-échelle multiaxial, décrivant le comportement d’un VER à partir de l'équilibre énergétique à l'échelle microscopique sera présenté. L’approche est fondée sur la comparaison des énergies libres de chaque domaine. Une comparaison probabiliste est faite pour déterminer les variables internes que sont les fractions volumiques des domaines. Différentes stratégies envisageables pour modéliser la dissipation statique seront discutées. Puis nous présentons l’approche magnéto-élastique que nous avons retenue visant à une meilleure considération de l’effet de la contrainte sur le comportement des matériaux ferromagnétiques. / The research presented in this thesis is motivated by the design of rotors for high speed rotating machines. The increased power density of these devices requires a higher rotation speed, leading to higher levels of centrifugal forces and stress in the rotor. A first point is to ensure good mechanical strength of the materials. A second point is to take into account changes in the magnetic behavior (and ultimately torque) when they are subjected to a multiaxial stress state. The present study aims at exploring the influence of biaxial stress states on the magnetic behavior of the materials of the rotor. The challenge lies in the development of methods for the characterization of the magneto-mechanical dissipative uniaxial and multiaxial behavior of metal sheets developed by Aperam Alloy and used by Thales Avionics for their aeronautical applications (in FeCo-2V and non-oriented Fe-3%Si). Non conventional experiments are performed on cross-shaped samples in order to apply biaxial stress representative of the loadings experienced by rotors of rotating machines. These experiments are performed on a multiaxial testing machine, Astrée. Stress level is estimated thanks to digital image correlation and X-ray diffraction Both anhysteretic and dissipative magnetic responses to magneto-mechanical loadings have been recorded. On the other hand, a multi-scale multiaxial model describing the behavior of a RVE from the energy balance at the microscopic scale is presented. The approach is based on a comparison of the free energy of each domain. A probabilistic comparison is made to determine the volume fraction of domains used as internal variables. Different strategies for modeling the static dissipation are discussed. Then we present the chosen magneto-elastic approach, improving the description of the effect of stress on ferromagnetic materials behavior.