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* fichier waam3.dgibi
* section : thermique conduction convection
*----------------------------------------------------------------------*
*                         W A A M 3 . D G I B I                        *
*----------------------------------------------------------------------*
* Objet :                                                              
* -------
*
*    Exemple de simulation thermique d'un depot de matiere par WAAM.
* L'exemple simule la realisation d'un "mur" sur la tranche d'une tole
* en acier inox (donnees 316L issues de la litterature, ref. fournie).
*
*    On modelise la conduction, la convection avec le milieu ambiant
* et la source de chaleur selon une distribution gaussienne.
*
*    L'apport de matiere est defini a l'aide d'un chargement de nom MODE
* qui decrit l'evolution du modele au cours du temps. Un chargement de
* nom MATE definit celle de ses caracteristiques.
*
*    La modelisation fait appel aux procedures SOUDAGE et WAAM pour
* definir la sequence de soudage et la mailler.
*
* Description :
* -------------
*
* Type de calcul : Thermique Transitoire
* Mode de calcul : 3D
* Type d'element : CUB8
* Chargement     : Source de chaleur, Convection, Apport de matiere
*
*----------------------------------------------------------------------*
*
opti dime 3 elem cub8 ;
 
icomplet = faux ;
 
ig1      = faux ;
*opti trac psc eptr 5 ;
ig1      = ig1 ou (ega (vale trac) 'PSC') ;
 
*----------------------- Parametres du probleme -----------------------*
 
* Parametres geometrie :
* lw1    : longueur de passe 
* ew1    : epaisseur de passe (largeur)
* as1    : longueur du support
* bs1    : profondeur du support (largeur)
* es1    : epaisseur du support
* de1    : densite maillage cordons
* tol1   : tolerance geometrique
lw1      =  50.e-3 ;
ew1      =   5.e-3 ;
as1      = 200.e-3 ;
bs1      =  50.e-3 ;
es1      =  20.e-3 ;
de1      =   1.25e-3 ;
de2      = ew1 ;
tol1     = 1.e-6 * de1 ;
 
* Parametres apport de chaleur :
* Us1    : tension electrique de soudage (V) 1ere couche
* Us2    : tension electrique de soudage (V) couches suivantes 
* Is1    : intensite electrique soudage (A) 1ere couche
* Is2    : intensite electrique soudage (A) couches suivantes
* Vs1    : vitesse de soudage (m/s)
* Eta1   : rendement de la source
* Rg1    : rayon de la distribution Gaussienne
Us1      =  15.0 ;
Us2      =  13.0 ;
Is1      = 120. ;
Is2      = 100. ;
Vs1      = 0.30 / 60. ;
Eta1     = 0.8 ;
Rg1      = ((2. / 3.) ** 0.5) * ew1 ;
 
* Parametres apport de matiere :
* dfil1  : diametre file (m)
* vfil1  : vitesse defilement fil (m/s) 1ere passe
* vfil2  : vitesse defilement fil (m/s) autres passes
dfil1    =  1.2e-3 ;
vfil1    =  3.2 / 60. ;
vfil2    =  2.5 / 60. ;
 
* Parametres sequence soudage :
* dtini1 : delai initial avant debut deplacement torche
* delai1 : delai entre 2 passes de WAAM
* nbpass1: nombre de passes 
dtini1   =   0.8 ;
delai1   = 300. ;
nbpass1  =   4 ;
 
* Parametres conditions thermiques initiales et aux limites :
* Tini1  : temperature initiale (degC)
* Tc1    : temperature de convection (degC)
* h1     : coefficient d'echange convectif (W/m2)
Tini1    = 20. ;
Tc1      = 20. ;
h1       = 20. ;
 
*-------------------------- Proprietes 316 L --------------------------*
* Ref. : 
* Camille Cambon, Issam Bendaoud, Sebastien Rouquette, Fabien Soulie.
* “Influence of the first weld bead on strain and stress states in wire+arc additive manufacturing”.
* The 12th International Seminar ”Numerical Analysis of Weldability”,
* Institute for Materials Science, Joining and Forming (IMAT),Sep 2018, Seggau, Austria.
* hal-01954354 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01954354 
*
* Donnees fournies par la procedure BIBLIO :
t316L    = biblio 316L refe 2 ;
 
* rho1   : masse volumique (kg/m3) (pas dans ref. biblio)
rho1     = 7760. ;
* Tfus1  : temperature de changement de phase solide-liquide (degC)
* Qlat1  : chaleur latente de fusion de l'acier (J/m3)
* k1     : conductivite thermique (W/m/K) en fonction de la temperature
Tfus1    = t316L.tfus ;
Qlat1    = t316L.qlat ;
k1       = t316L.k ;
si ig1 ;
  dess k1 titr 'Conductivite thermique 316L (W/m/K)' ;
fins ;
 
* Cp1    : capacite thermique massique (J/m3) en fonction de la temperature
* On la derive de l'enthalpie :
enth1    = t316L.enth ;
lh0      = extr enth1 ordo ;
lh1      = lh0 enle (dime lh0) ;
lh2      = lh0 enle 1 ;
dhdt1    = (lh2 - lh1) / 100. ;
lc0      = dhdt1 / rho1 ;
lt0      = prog 50. pas 100. 1450. ;
cp0      = evol manu 'T' lt0 'C' lc0 ;
idx0     = posi (maxi lc0) dans lc0 ;
lc2      = lc0 enle idx0 ;
lt2      = lt0 enle idx0 ;
cp2      = evol oran manu 'T' lt2 'C' lc2 ;
cp1      = cp2 ;
si ig1 ;
  tleg1    = table ;
  tleg1 . titre = table ;
  tleg1 . titre . 1 = 'Cp derivee publi.' ;
  tleg1 . titre . 2 = 'Cp utilisee' ;
  dess (cp0 et cp1) titr ' Capacite thermique massique 316L (J/m3)' lege tleg1 ;
fins ;
 
 
*------- Sequence de fabrication : appel a la procedure SOUDAGE -------*
 
* Puissances thermique (1 : 1ere couche, 2 : couches suivantes) :
Qtot1    = Is1 * Us1 ;
Qtot2    = Is2 * Us2 ;
 
* Debits de matiere :
debi1    = 0.25 * dfil1 * dfil1 * pi * vfil1 ;
debi2    = 0.25 * dfil1 * dfil1 * pi * vfil2 ;
 
* Table de la procedure SOUDAGE
tfab1                        = tabl ;
tfab1.vitesse_de_soudage     = Vs1 ;
tfab1.puissance_de_soudage   = Qtot2 ;
tfab1.diametre_de_fil        = dfil1 ;
tfab1.vitesse_de_fil         = vfil2 ;
tfab1.largeur_de_passe       = ew1 ;
 
* Définition de la sequence de fabrication :
soudage tfab1 point dtini1 puis Qtot1 debi debi1 ;
si (nbpass1 mult 2) ;
  nb1      = nbpass1 / 2 ;
sino ;
  nb1      = (nbpass1 - 1) / 2 ;
fins ;
uw1      = lw1 0 0 ;
uw2      = -1. * uw1 ;
vw1      = 0 ew1 0 ;
vw2      = -1. * vw1 ;
repe b1 nb1 ;
  si (&b1 ega 1) ;
    soudage tfab1 passe droi uw1 puis Qtot1 debi debi1 ;
    soudage tfab1 depla droi vw1 pause delai1 ;
    soudage tfab1 passe droi uw2 puis Qtot1 debi debi1 ;
    soudage tfab1 depla couche debi debi2 pause delai1 ;
  sino ;
    soudage tfab1 passe droi uw1 ;
    si (&b1 mult 2) ;
      soudage tfab1 depla droi vw2 pause delai1 ;
    sino ;
      soudage tfab1 depla droi vw1 pause delai1 ;
    fins ;
    soudage tfab1 passe droi uw2 ;
    soudage tfab1 depla couche pause delai1 ;
  fins ;
fin b1 ;
soudage tfab1 point 600. puis 0. debi 0. ;
 
si ig1 ;
  trac tfab1.trajectoire           titr 'trajectoire fabrication' ;
  dess tfab1.evolution_deplacement titr 'evolution deplacement fabrication' ;
  dess tfab1.evolution_puissance   titr 'evolution puissance thermique fabrication' ;
  dess tfab1.evolution_debit       titr 'evolution debit apport de matiere fabrication' ;
fins ;
 
*------------------------- Maillage du depot --------------------------*
 
* Maillage fin du depôt : appel a la procedure WAAM
xpas1    = 0.5 * ew1 ;
twam1    = waam tfab1 mail pas xpas1 dens de1 temp (2./pi*xpas1/Vs1) ;
mail1    = twam1.maillage ;
elim mail1 tol1 ;
 
* Tables d'evolution du maillage :
ttps1    = twam1.evolution_maillage.temps ;
tmail1   = twam1.evolution_maillage.maillage ;
 
* Maillage grossier du depot :
zp1      = (tmail1.0 coor 3) maxi ;
p1       = mail1 poin proc (0 -1 -1) ;
p2       = mail1 poin proc (1  0  0) ;
p3       = mail1 poin proc (0 +1 -1) ;
p4       = mail1 poin proc (0 -1 zp1) ;
p5       = mail1 poin proc (0 -1 1) ;
v1       = ((p1 droi 2 P3) tran p2 dini ew1 dfin ew1) volu tran 1 (p4 moin p1) ;
si (nb1 > 1) ;
  s2       = v1 face 2 ;
  v2       = s2 volu tran (nb1 - 1) (p5 moin p4) ;
sino ;
  v2       = vide maillage ;
fins ;
mail2    = v1 et v2 ;
mail2    = mail2 coul gris ;
 
* Fusion des noeuds des maillages fin et grossier :
elim (mail1 et mail2) tol1 ;
 
si ig1 ;
  trac face mail1 titr 'Maillage fin du depot' ;
  trac face mail2 titr 'Maillage grossier du depot' ;
  waam twam1 visu cach tfab1.trajectoire ;
fins ;
 
*-------------------- Maillage de la tole support ---------------------*
 
xmin1    = (mail1 coor 1) mini ;
ymin1    = (mail1 coor 2) mini ;
zmin1    = (mail1 coor 3) mini ;
xmax1    = (mail1 coor 1) maxi ;
ymax1    = (mail1 coor 2) maxi ;
zmax1    = (mail1 coor 3) maxi ;
ptz0     = (mail1 coor 3) poin infe (zmin1 + tol1) ;
sz0      = (enve mail1) elem appu stri ptz0 ;
 
* Contour base du depot : 
ps1      = sz0 poin proc (-1 -1 zmin1) ;
ps2      = sz0 poin proc (+1 -1 zmin1) ;
ps3      = sz0 poin proc (+1 +1 zmin1) ;
ps4      = sz0 poin proc (-1 +1 zmin1) ;
csi1     = (cont sz0) elem comp ps1 ps1 ;
 
* Contour base support : partie raffinee conforme (maillage fin) 
ps5      = ps1 moin (ew1 0 0) moin (0 ew1 0) ;
ps6      = ps2 plus (ew1 0 0) moin (0 ew1 0) ;
ps7      = ps3 plus (ew1 0 0) plus (0 ew1 0) ;
ps8      = ps4 moin (ew1 0 0) plus (0 ew1 0) ;
cse1     = (ps5 droi ps6 dini de1 dfin de1)
        et (ps6 droi ps7 dini de1 dfin de1)
        et (ps7 droi ps8 dini de1 dfin de1)
        et (ps8 droi ps5 dini de1 dfin de1) ;
 
* Maillage raffinee du support :
sz1      = surf plan (cse1 et csi1) ;
vsup1    = (sz0 et sz1) volu tran (0 0 (0. - ew1)) dini de1 dfin de1 ;
 
* Contour base support : partie deraffinee non conforme (maillage grossier)
dx1      = 0.5 * (as1 - (xmax1 - xmin1)) ;
dy1      = 0.5 * (bs1 - (ymax1 - ymin1)) ;
ps9      = ps1 moin (dx1 0 0) moin (0 dy1 0) ;
ps10     = ps2 plus (dx1 0 0) moin (0 dy1 0) ;
ps11     = ps3 plus (dx1 0 0) plus (0 dy1 0) ;
ps12     = ps4 moin (dx1 0 0) plus (0 dy1 0) ;
cse2     = (ps9  droi ps10 dini de2 dfin de2)
        et (ps10 droi ps11 dini de2 dfin de2)
        et (ps11 droi ps12 dini de2 dfin de2)
        et (ps12 droi ps9  dini de2 dfin de2) ;
 
* Maillage grossier du support :
sz2      = surf plan cse2 ;
vsup2    = sz2 volu tran (0 0 (0. - es1)) dini de2 dfin de2 ;
vsup2    = vsup2 coul gris ;
 
* Separation partie non conforme adaptee et remanante :
* Vsup1  : partie du support maille finement 
* Vsup2  : support maille "grossierement" 
vsupx    = vsup2 incl vsup1 volu bary ;
vsup0    = vsup2 diff vsupx ;
vsup0    = vsup0 coul turq ;
 
* Assemblage maillages depot et support :
mail1    = mail1 et vsup1 ;
mail0    = mail1 et vsup0 ;
mail2    = mail2 et vsupx ;
elim mail2 tol1 ;
elim (mail1 et mail2) tol1 ;
 
si ig1 ;
  trac face mail0 titre 'Maillage fin avec support complet' ;
  trac face mail1 titre 'Maillage fin avec partie support conforme' ;
  trac face mail2 titre 'Maillage grossier a substituer a la partie raffinee' ;
fins ;
 
* Assemblage maillages fins depot et support :
repe b1 (dime tmail1) ;
  i0       = &b1 - 1 ;
  tmail1 . i0 = (tmail1.i0) et vsup1 ;
fin b1 ;
 
*------- Adaptation en maillage : appel a  la procedure ADAPTE --------*
 
* Chargement de modeles pour ADAPTE :
tmod0    = table ;
i0       = 0 ;
repe b1 (dime ttps1) ;
  geoi1    = tmail1 . i0 ;
  tmod0 . i0 = mode geoi1 thermique ;
  i0       = i0 + 1 ;
fin b1 ;
cgmod0   = char mode ttps1 tmod0 ;
 
* Definition du chargement de trajectoire
evqt1    = tfab1.evolution_puissance ;
ltraj1   = tfab1.trajectoire ;
evxs1    = tfab1.evolution_deplacement ;
chxs1    = coor ltraj1 curv ;
cgxs1    = char traj chxs1 evxs1 ;
 
* Chargement pour ADAPTE :
char1    = cgmod0 et cgxs1 ;
 
* Adaptation du maillage au cours du deplacement le long de la trajectoire 
*char2 ladap1 = adapte 'MAIL' mail2 char1 'DIST' (0.01*pi) 'TRAJ' 11.e-3 ;
char2 ladap1 = adapte 'MAIL' mail2 char1 'DIST' 5.e-3 ;
 
* Extraction table temps et maillage et chargement BLOT :
ttps3 tmail3 = extr char2 mail tabl ;
cgblot1   = extr char2 blot ;
 
* Affichage de l'adaptation :
si faux ;
  nb1      = dime ttps3 ;
  dep0     = manu chpo (tmail3.(nb1-1)) ux 0. uy 0. uz 0. ;
  def1     = vide deforme ;
  repe b1 (dime ttps3) ;
    tpsi1    = ttps3 . (&b1 - 1) ;
    maili3   = tire char2 mail tpsi1 ;
    defi1    = defo maili3 (redu dep0 maili3) 0. ;
    def1     = def1 et defi1 ;
*    trac face maili3 ;
  fin b1 ;
  trac face anim def1 titr 'Adaptation' ;
fins ;
 
*----------- Accrochage DDL thermique parties non conformes -----------*
 
* Surfaces interfaces maillages support non-conformes :
sinte0   = (enve vsup0) inte (enve vsupx) ;
sinte1   = (enve vsup1) diff (sz0 et sz1) ;
 
* Relations DDL parties non conformes support :
trig5    = table ;
i0       = 0 ;
repe b1 (dime ttps3) ;
  tpsi1    = ttps3 . i0 ;
  geoi1    = tire char2 mail tpsi1 ;
  si1      = (enve geoi1) inte sinte1 ;
* Il ne faut pas accrocher les points deja accroches par ADAPTE
* ptsi1 : point deja accroches par ADAPTE
* si2   : element de si1 dont les points sont deja accroches
  rigi1    = tire cgblot1 blot tpsi1 ;
  ptsi1    = extr rigi1 mail nomu ;
  si2      = si1 elem appu larg ptsi1 nove ;
  si1      = si1 diff si2 ;
*trac (si1 et (aret geoi1) et (extr rigi1 mail nomu)) ;
  si (non (vide si1)) ;
    rigi1    = si1 rela accro vsup0 (mots 'T') ;
  sino ;
    rigi1    = vide rigidite ;
  fins ;
  trig5 . i0 = rigi1 ;
  i0       = i0 + 1 ;
fin b1 ;
cgblot2  = char blot ttps3 trig5 ;
 
*--------------------- Modele / Caracteristique -----------------------*
 
* Tables d'evolution des modeles et caracteristiques :
nb1      = dime ttps3 ;
ltps3    = prog ;
lmod1    = enum ;
lmod2    = enum ;
lmod3    = enum ;
lmat1    = enum ;
lmat2    = enum ;
lmat3    = enum ;
i0       = 0 ;
repe b1 nb1 ;
  tpsi1    = ttps3 . i0 ;
  ltps3    = ltps3 et tpsi1 ;
  geoi1    = tire char2 mail tpsi1 ;
 
* Conduction dans le massif adapte :
  geoi1    = geoi1 et vsup0 ;
*trac geoi1 face ;
  modi1    = mode geoi1 thermique ;
  mati1    = mate modi1 rho rho1 k k1 'C' cp1 'TINI' Tini1 ;
  lmod1    = lmod1 et modi1 ;
  lmat1    = lmat1 et mati1 ;
 
* Convection a la surface du massif adapte 
* (il faut retirer les surfaces a l'interface des parties non conformes) :
  rigi1    = tire (cgblot1 et cgblot2) blot tpsi1 ;
  ptsi1    = extr rigi1 mail nomu ;
  sintei1  = (enve geoi1) elem appu stri ptsi1 ;
  geoi2    = (enve geoi1) diff sintei1 ;
*trac (enve geoi2) ;
  modi2    = mode geoi2 thermique convection ;
  mati2    = mate modi2 'H' h1 'TC' Tc1 ;
  lmod2    = lmod2 et modi2 ;
  lmat2    = lmat2 et mati2 ;
 
* Source thermique dans le massif adapte :
  modi3    = mode geoi1 thermique source gaussienne ;
  mati3    = mate modi3 qtot evqt1 orig cgxs1 rgau Rg1 ;
  lmod3    = lmod3 et modi3 ;
  lmat3    = lmat3 et mati3 ;
 
  i0       = i0 + 1 ;
fin b1 ;
 
* Chargements MODE / MATE :
cgmod1   = char mode ltps3 lmod1 ;
cgmod2   = char mode ltps3 lmod2 ;
cgmod3   = char mode ltps3 lmod3 ;
cgmod0   = cgmod1 et cgmod2 et cgmod3 ;
 
cgmat1   = char mate ltps3 lmat1 ;
cgmat2   = char mate ltps3 lmat2 ;
cgmat3   = char mate ltps3 lmat3 ;
cgmat0   = cgmat1 et cgmat2 et cgmat3 ;
 
list resu (extr cgmod0 lobj 1) ; 
list resu (extr cgmod0 lobj) ; 
list resu (extr cgmod0 lree 1) ; 
list resu (extr cgmod0 lree) ; 
 
*------------------------- Resolution PASAPAS -------------------------*
 
ltca0    = twam1.temps_calcules ;
si (non icomplet) ;
  ltca1    = ltca0 extr (lect 1 pas 1 21) ;
sino ;
  ltca1    = ltca0 ;
fins ;
list ltca1 ;
 
tab1                         = table ;
tab1.modele                  = cgmod0 ;
tab1.caracteristiques        = cgmat0 ;
tab1.blocages_thermiques     = cgblot1 et cgblot2 ;
tab1.temps_calcules          = ltca1 ;
tab1.temps_adaptation_modele = ladap1 ;
 
temp zero ;
 
pasapas tab1 ;
 
* Affichage temps de calcul : 
duree1   = temp horl ;
duree1   = (duree1 / 1000) ;
dmin1    = (duree1  / 60) ;
dsec1    = duree1  - (60 * dmin1) ;
mot1     = chai '*****  DUREE DU CALCUL (s) :' dmin1 ' min' dsec1 ' s' ;
mess mot1 ;
 
si icomplet ;
  opti sauv 'waam3.sauv' ;
  sauv ;
fins ;
 
*------------------------ Petit post-traitement -----------------------*
 
si ig1 ;
 
* Animation du champ de temperature :
if1      = (dime tab1.temps) - 1 ;
modf1    = tab1.modeles.if1 ;
mailf1   = (extr modf1 mate conduction) extr mail ;
dep0     = manu chpo mailf1 3 ux 0. uy 0. uz 0. ;
def1     = vide deforme ;
liso1    = prog 0. 50. 100. PAS 150. 1450. ;
vtra1    = vale trac ;
si (ega vtra1 'PSC') ;
  opti ftra 'Temperature_waam3_Anim.ps' ;
fins ;
repe b1 if1 ;
  modi1    = tab1.modeles.(&b1-1) ;
  maili1   = (extr modi1 mate conduction) extr mail ;
  chti1    = tab1.temperatures.(&b1-1) ;
  defoi1   = defo maili1 dep0 chti1 ;
  def1     = def1 et defoi1 ;
  si (ega vtra1 'PSC') ;
    mot1     = chai format '(F6.1)' 'Temperature (degC) au temps (s) :' (tab1.temps.(&b1-1)) ;
    trac chti1 maili1 liso1 titr mot1 ;
  fins ;
fin b1 ;
si (neg vtra1 'PSC') ;
  trac anim def1 liso1 ;
fins ;
 
fins ;
 
*----------------------- Test de non regression -----------------------*
 
ttest1   = tab1.temps.19 ;
temp1    = peche tab1 temperatures ttest1 ipol ;
tmaxref1 = 1648.5 ;
tmax1    = maxi abs temp1 ;
si ((abs (tmax1 - tmaxref1)) > 1.) ;
  erre 5 ;
fins ;
 
si icomplet ; sauv ; fins ;
 
*------------------   F I N   W A A M 3 . D G I B I   -----------------*
fin ;
 
 
 
 
 
 

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