Caractérisation et prédiction des défauts d'aspect sur les ouvrants automobiles

par Alban Le Port

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur. Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Pierre Yves Manach et de Sandrine Thuillier.

Soutenue en 2010

à l'Université européenne de Bretagne .


  • Résumé

    Les défauts d'aspect des ouvrants automobiles sont des perturbations géométriques de la surface extérieure dont les dimensions caractéristiques ont une profondeur de l'ordre de quelques dizaines de micromètres et une étendue de quelques dizaines de millimètres. Ils entrainent des irrégularités de réflexion de la lumière sur la surface de la carrosserie et influent fortement sur la qualité perçue du véhicule. Le terme « ouvrants automobiles » regroupe les portes, le capot moteur et le coffre à bagages, pièces propices à l'apparition des défauts d'aspect à cause de leurs caractéristiques géométriques tourmentées. Cette étude s'appuie sur des essais expérimentaux pour caractériser les défauts d'aspect et sur la simulation par éléments finis pour les prédire numériquement. Les matériaux étudiés sont des aciers d'épaisseur comprise entre 0,6 et 0,8 mm. Leur caractérisation mécanique est réalisée à partir d'essais de traction uniaxiale et de cisaillement simple (monotone et Bauschinger), avec pour objectif d'identifier les paramètres matériau des lois de comportement élastoplastiques utilisées dans la simulation numérique. Un dispositif de laboratoire a été conçu pour reproduire à petite échelle le défaut d'aspect apparaissant lors de l'opération de tombage d'un coin de porte. Sa modularité permet de faire varier différents paramètres comme la hauteur et le rayon de tombage. La géométrie des éprouvettes tombées est mesurée avec une machine à mesurer tridimensionnelle. Une nouvelle méthode de détection et de caractérisation expérimentale est proposée à partir d'un calcul de courbure de sections. Cette méthode, moins subjective que la méthode traditionnelle par déméritage, permet de caractériser les défauts d'aspect au travers d'une cartographie des profondeurs sur des sections de la surface étudiée par des plans sécants. On montre que la simulation numérique reproduit l'allure du défaut d'aspect de coin de porte à condition d'utiliser un maillage fin, mais minimise sa profondeur, quel que soit le type d'élément fini utilisé. La méthode a été validée sur un coin de porte industriel présentant un défaut d'aspect lors de l'opération de tombage. Le défaut est observé qualitativement et mesuré par digitalisation optique. On montre que l'allure du défaut est reproduite par la simulation numérique sous réserve d'un maillage raffiné et de la prise en compte de toute l'histoire de déformation. Enfin, les défauts d'aspect apparaissant autour d'une poignée de porte ont aussi été caractérisés par digitalisation optique. La simulation numérique de ce défaut récurrent sur les automobiles, sous les mêmes conditions que pour le coin de porte, permet de prédire la majorité des défauts d'aspect observés.

  • Titre traduit

    Characterization and prediction of surface defects on automotive opening parts


  • Résumé

    Surface defects are geometrical perturbations of a surface, their depth is a few tens of micrometers and their length and width is a few tens of millimeters. They lead to an irregularity of the reflexion of the light over the bodywork and damage the visual quality of the vehicle. The term “opening parts” regroups the doors, the bonnet and the boot, parts propitious to the apparition of surface defects. This study is based on experimental tests to characterize surface defects and on numerical simulations to predict them. The materials studied are steels with thickness between 0. 6 and 0. 8 mm. Their mechanical characterization is realized with tensile, simple shear and bi-axial expansion tests, with aim to identify the material parameters of an elastic-plastic behavior law used in numerical simulations. A flanging device has been designed to reproduce at a small scale the door-upper corner surface defect. Its modularity allows to test different tool configurations. The geometry of the samples is measured on a three-dimensional measuring machine. A new method to detect and characterize surface defects is used. It is shown that numerical simulation reproduces the shape of the upper-corner surface defect provided that the mesh is fine enough, but minimizes its depth whatever element is used. The method is validated using two industrial cases. The surface defects are observed and measured and numerical simulation is able to reproduce the shape of the surface defects.

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Informations

  • Détails : 139 p.
  • Annexes : Bibliographie p. 125-127

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  • Disponible pour le PEB
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