Feedback

Faculté des Sciences appliquées
Faculté des Sciences appliquées
Mémoire

Towards the Integration of Phase Change Behavior in Topology Optimization Problems - Bi-material mold optimization for improved solidification front propagation using FEniCS

Télécharger
Houssa, César ULiège
Promoteur(s) : Tromme, Emmanuel ULiège ; Fernandez Sanchez, Eduardo Felipe ULiège
Date de soutenance : 30-jui-2025/1-jui-2025 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/23377
Détails
Titre : Towards the Integration of Phase Change Behavior in Topology Optimization Problems - Bi-material mold optimization for improved solidification front propagation using FEniCS
Auteur : Houssa, César ULiège
Date de soutenance  : 30-jui-2025/1-jui-2025
Promoteur(s) : Tromme, Emmanuel ULiège
Fernandez Sanchez, Eduardo Felipe ULiège
Membre(s) du jury : Duysinx, Pierre ULiège
Bruyneel, Michaël ULiège
Dewallef, Pierre ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 79
Mots-clés : [en] Casting mold optimization
[en] Phase change front optimization
[en] Passive solidification front optimization
[en] Unsteady heat diffusion optimization
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie mécanique
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil mécanicien, à finalité spécialisée en technologies durables en automobile
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Phase change processes between liquid and solid are widely used in industry for the mass
production of parts using molds. Casting and injection molding allow for geometrically
complex parts to be produced at scale for metals and plastics respectively. Due to the
inherent physics at play during solidification, defects tend to occur at the last place
to change phase, causing solidification shrinkage and porosity. Currently proposed
techniques to deal with improper solidification front propagation and shrinkage inside
the mold are based on the addition of material to guide the front, which leads to added
weight and decreased performance.
Current efforts in casting related topology optimization integrate casting constraints
and proper front propagation by modifying the shape of the part. This master’s thesis
studies the topology optimization of a multi material mold solution for which the part is
left unmodified. Instead, the distribution of the material inside the mold is optimized
in order to passively control the front propagation through the use of materials with
different heat conductivity.
Heat transfer inside the mold is modeled as an unsteady heat diffusion using the
finite element method. The temperature distribution is solved at each time step using the
Python interface of FEniCS. The latent heat of fusion of the molten material is modeled
using the apparent heat capacity method. The material properties of the two mold
materials are chosen with either high or low conductivity. The distribution is optimized
using GCMMA, the gradients are computed automatically using the adjoint method
with the dolfin adjoint package in order to compute the sensitivity analysis. Two molds
are optimized using different initial sequences, with an improved front propagation by
up to 42%, and an imposed location of last solidification improved by up to 87%.


Fichier(s)

Annexe(s)

File
Access Abstract_HOUSSA_César_.pdf
Description:
Taille: 288.61 kB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Houssa, César ULiège Université de Liège > Master ing. civ. méc. fin. spéc. techno. dur. auto.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Duysinx, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Vice-Recteur à la mobilité et à l'international
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Bruyneel, Michaël ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Modél. num. du comport. des struct. en matériaux composites
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Dewallef, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Systèmes de conversion d'énergie pour un dévelop.durable
    ORBi Voir ses publications sur ORBi








Tous les documents disponibles sur MatheO sont protégés par le droit d'auteur et soumis aux règles habituelles de bon usage.
L'Université de Liège ne garantit pas la qualité scientifique de ces travaux d'étudiants ni l'exactitude de l'ensemble des informations qu'ils contiennent.