Contribution à la modélisation de la mise en forme des tôles métalliques : application au retour élastique et à la localisation

par Badis Haddag

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Marcel Berveiller.

Soutenue en 2007

à Metz, ENSAM .


  • Résumé

    Ce travail de recherche, qui s'inscrit dans le cadre d'un projet Européen, se propose d'étudier le comportement des tôles métalliques lors des opérations de mise en forme. Les applications visées sont la prédiction, au moyen de la simulation numérique du procédé, des défauts majeurs tels que le retour élastique et la localisation des déformations. A cette fin, une modélisation phénoménologique du comportement a été retenue. Un modèle de comportement élasto-plastique a été considéré, dans lequel deux modèles d'écrouissage sont introduits pour reproduire l'anisotropie induite lors de trajets complexes de chargement. En particulier, le modèle microstructural de Teodosiu-Hu, basé sur l'évolution des structures de dislocations, a été sélectionné afin de bien prendre en compte les phénomènes de transition liés aux changements de trajets de déformation. Ce modèle a été enrichi par la suite, en le couplant au modèle d'endommagement de Lemaitre-Chaboche, afin de reproduire la chute de la contrainte d'écoulement à l'approche de la rupture du matériau. De plus, pour modéliser la limite de ductilité des tôles métalliques, le critère de localisation par bandes de cisaillement de Rice a été introduit, dans le cadre d'une formulation complètement tridimensionnelle en grandes déformations. La modélisation développée tient ainsi compte de nombreux phénomènes tels que l'anisotropie plastique initiale, celle induite par écrouissage, l'adoucissement généré par l'endommagement et enfin la localisation des déformations. Pour permettre l'exploitation de cette modélisation dans le cadre de la simulation numérique des procédés de mise en forme, une implantation numérique robuste et efficace a été réalisée dans un code de calcul par éléments finis. Différents schémas d'intégration ont été testés et comparés afin de retenir le meilleur compromis entre précision et temps de calcul. A des fins de validation, cette modélisation a d'abord été appliquée à la simulation d'essais rhéologiques à trajets directs et séquentiels. En comparaison avec les courbes expérimentales, les prédictions obtenues ont bien montré toute la capacité du modèle élasto-plastique à écrouissage microstructural à reproduire les phénomènes de transition observés sur des trajets séquentiels. Par la suite, l'application de cette modélisation à l'étude du retour élastique a mis en évidence les effets de plusieurs paramètres (rhéologiques, numériques ou liés au procédé). En particulier, il a été montré, à travers une application spécifiquement déterminée, que l'influence d'un modèle d'écrouissage avancé, tel que le modèle microstructural, pouvait se révéler importante dans certaines applications. Enfin, une analyse de la localisation des déformations a été menée en utilisant le critère de Rice conjointement au modèle élasto-plastique couplé à l'endommagement. Cette étude a montré la capacité de cette approche à prédire les courbes limites de formage, ainsi que l'orientation des bandes de localisation, sur des trajets de chargement directs et séquentiels.

  • Titre traduit

    Contribution to the modelling of sheet metal forming : application to spring-back and localization


  • Résumé

    The aim of this work, part of a larger European project, was the study of the sheet metals behaviour during forming operations. The applications in mind concern the prediction, through the forming process numerical simulation, of major defects like springback and strain localization. In this context, a phenomenological material modelling has been considered. An elastic-plastic behaviour model has been adopted, in which two hardening models have been introduced to reproduce induced anisotropy during complex loading. The microstructural work-hardening model of Teodosiu-Hu, based on the evolution of dislocation structures, has been considered to take into account transient work-hardening due to the strain-path changes. This model has been improved, by coupling with the Lemaitre-Chaboche damage model, in order to reproduce the softening that appears prior to failure. In addition, in order to represent the ductility limit of the sheet metals, Rice's localisation criterion by shear bands has been introduced and written in the large strain framework. The developed modelling takes into account the initial plastic anisotropy, the work-hardening-induced anisotropy, the damage and finally strain localisation. A robust and efficient computer implementation has been performed in a finite element code, in order to apply the developed models to forming process simulation. Different time integration algorithms have been tested and compared in order to obtain the best compromise between accuracy and computing time. Direct and sequential rheological tests have been simulated in order to validate the computer implementation, with very good results. The application of the elastic-plastic model to a springback analysis has highlighted the effect of various parameters (rheological, numerical, process-related). Especially, the impact of advanced hardening models, like the microstructural one, proved to be important for some specific applications. Eventually, a strain localisation analysis has been performed using Rice's criterion and the elastic-plastic model coupled to damage. This study showed the capability of this approach to predict the forming limit diagrams as well as the orientation of the shear bands, during direct and two-step loading paths.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (203 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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