Étude du comportement mécanique des matériaux dans des conditions étendues de vitesses et de températures : application à l'acier C68 dans le cas d'une opération de formage incrémental

par Mathieu Vautrot

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur


  • Résumé

    L'objectif de ce travail de thèse est la caractérisation et la modélisation du comportement thermo-mécanique d'un acier à haut taux de carbone dans des conditions de chargement identiques à celles d'un procédé de formage incrémental à 720°C. Le regain d'intérêt des industriels pour ce type de procédé provient du fait qu'ils sont moins énergivores et permettent un ratio matière valorisée sur matière brute intéressant pour des propriétés mécaniques améliorées de la pièce formée. Le recours à l'outil numérique devient aujourd'hui une solution intéressante pour optimiser au mieux la mise au point du procédé. Son application demande, entre autres, une description fine du comportement du matériau dans les conditions de sollicitations de celui-ci, c'est-à-dire sur une large plage de vitesses de déformation et de températures. Pour cela, une caractérisation du matériau est nécessaire dans ces conditions. Le comportement mécanique d'un acier à haut taux de carbone a été étudié au travers d'essais de traction quasi-statiques et dynamiques afin de déterminer la sensibilité du matériau à la température et à la vitesse de déformation. Cette caractérisation repose sur la combinaison novatrice d'un système de chauffage par induction contrôlé par pyrométrie et d'un système d'acquisition d'images numériques. Ce dernier est utilisé pour la détermination des déformations à partir des champs de déplacement obtenus par corrélation d'images. En particulier, les effets de la température sur le module d'élasticité, l'anisotropie et l'écrouissage isotrope ont été étudiés. Les résultats de ces essais ont ensuite constitué une base de données expérimentales pour l'identification des paramètres de divers modèles de comportement thermo-élasto-visco-plastique. Ces derniers sont plus ou moins complets selon le nombre de paramètres utilisés pour décrire le comportement du matériau sur l'ensemble du domaine étudié. Cela permet d'identifier le modèle avec le meilleur ratio qualité/coût-délai pour une application donnée. Chacun des modèles étudiés dispose donc d'un domaine de définition propre.

  • Titre traduit

    Study of the mechanical behaviour of metallic materials in a wide range of temperatures and strain rates : application to a C68 high-carbon steel in the case of incremental forming process


  • Résumé

    The aim of this thesis work is the characterization and the modelisation of the thermo-mechanical behaviour of a high-carbon steel with loading conditions corresponding to those imposed by a forming process at 720°C. The renewal interest for this kind of industrial process comes from the fact that they use less energy and provide a ratio of material valued/raw material interesting to improved mechanical properties of the formed part. The use of numerical tool becomes today an interesting solution to optimize the development process. Its application requires a detailed description of the material behaviour in the loading conditions of the process, that is over a wide range of strain rates and temperatures. So, a material characterization is required in those conditions. The mechanical behaviour of a high-carbon steel was studied through quasi-static and dynamic tensile tests in order to determine the temperature and strain rate sensitivity of the material. This characterization is based on the innovative combination of an induction system controlled by pyrometry and a digital image acquisition system. This one is used for the determination of strains from displacement fields obtained by digital image correlation. In particular, effects of temperature on the modulus of elasticity, anisotropy and isotropic hardening were studied. Results of these tests allow us to establish an experimental database for the identification of parameters of various thermo-elasto-visco-plastic models. These are more or less complete depending on the number of parameters used to describe the material behaviour throughout the studied area. The model with the best ratio quality/cost-delay for a given application can be identified. Each of studied models has a specific domain of validity.


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