Un des éléments du revêtement carboné dans une cuve de Hall-Héroult est la pâte à brasquer. Au cours du préchauffage et dans la période de démarrage d'une cuve de Hall-Héroult permettant de passer de la température ambiante à près de 1000 °C, la pâte est cuite sous des charges variables et elle subit plusieurs phénomènes physiques tels que les effets chimiques et mécaniques. Le fluage/relaxation est l'un des phénomènes mécaniques que la pâte supporte pendant la cuisson. Afin de proposer une loi constitutive de fluage/relaxation de la pâte à brasquer, il était nécessaire de définir son comportement viscoélastique-viscoplastique en se basant sur des expériences. A cet effet, des essais de fluage ont été conduits pour des pâtes ayant été cuites à différentes températures variant de 200 °C à 1000 °C. Sur la base de ces nouvelles observations, un modèle rhéologique a été proposé pour modéliser le comportement en fluage/relaxation de la pâte. En utilisant le modèle rhéologique, en trois dimensions, une loi constitutive a été conçue et développée qui représente le comportement en fluage/relaxation non linéaire des matériaux sensibles à la pression hydrostatique. Un nouveau potentiel de dissipation a été postulé qui inclut l'effet de la pression hydrostatique et en cisaillement. Le modèle mis au point a été développé pour le cas de fluage sous contrainte constante. Afin d'obtenir la déformation par fluage, une solution analytique, a été établie quand elle existe, et des solutions numériques à partir d'un système d'équations différentielles non linéaires ont été élaborées. Pour la mise en œuvre numérique, la discrétisation a été réalisée en utilisant schéma d'Euler implicite et les non-linéarités ont été traitées à l'aide de la méthode de Newton-Raphson. A cet effet, certains codes ont été développés dans le logiciel Matlab pour résoudre la partie volumétrique et déviatorique du modèle. L’optimisation des paramètres a été réalisée en employant l’algorithme « pattern search » disponible dans le logiciel Matlab. La comparaison des modèles avec les résultats expérimentaux ont montré que le modèle représente bien le comportement non linéaire viscoélastique-viscoplastique de la pâte cuite à différentes températures. / One of the components of the carbonaceous lining of a Hall-Héroult cell is ramming paste. During preheating and start-up periods of the Hall-Héroult cell from room temperature to 1000 °C, the paste is baked under varying loads and it experiences several phenomena such as chemical and mechanical ones. Creep/relaxation is one of the mechanical phenomena that the paste experiences during baking. Few papers have been published on the modelling of creep/relaxation behaviour of the ramming paste. In order to propose a constitutive model, it was necessary to have some insight into its creep behaviour. To this end, creep tests were carried out on the paste which had been baked at different temperatures ranging from 200 to 1000 °C. Based on the new observations obtained from these tests, a rheological model was proposed for the creep behaviour of the paste. Using the rheological model, a three-dimensional constitutive law was devised that represents nonlinear creep/relaxation behaviour of the materials sensitive to hydrostatic pressure. A novel dissipation potential was postulated which includes the effect of the hydrostatic pressure in addition to shear. The devised model was developed for the creep case under constant stress. In order to obtain the creep strain, it was necessary to obtain analytical, when they existed, and numerical solutions from a system of nonlinear differential equations. For numerical implementation, discretization was performed using implicit Euler scheme and nonlinearity was treated using Newton-Raphson iterative process. To this end, some codes were developed in Matlab software. The model parameters were identified using axial and radial strains obtained from uniaxial creep tests on the paste baked at 250 °C and tested at room temperature. Furthermore, the model parameters were identified using the axial strain obtained from uniaxial creep tests on the paste baked at 350, 560 and 1000 °C as well as tested at 300, 300 °C and room temperature, respectively. Optimization of the parameters was performed employing pattern search algorithm available in the Matlab software. Comparison of the model with experimental results showed that the model well represents the nonlinear viscoelastic-viscoplastic behaviour of the paste baked at different temperatures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/25205 |
| Date | 20 April 2018 |
| Creators | Orangi, Sakineh |
| Contributors | Darvishi Alamdari, Houshang, Fafard, Mario |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiv, 194 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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