Ductile damage prediction in sheet metal forming processes

par Zhenming Yue

Thèse de doctorat en Systèmes Mécaniques et Matériaux

Sous la direction de A. Erman Tekkaya et de Khémais Saanouni.

Soutenue le 08-09-2014

à Troyes en cotutelle avec l'Universität Dortmund , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) , en partenariat avec China Scholarship Council (Organisme gouvernemental étranger) .

Le président du jury était Andreas Menzel.

Le jury était composé de A. Erman Tekkaya, Khémais Saanouni, Andreas Menzel, Pierre Manach, Magnus Ekh, Houssem Badreddine.

Les rapporteurs étaient Pierre Manach, Magnus Ekh.

  • Titre traduit

    Prédiction de l'endommagement ductile en formage de tôles minces


  • Résumé

    L'objectif de ce travail est de proposer un modèle de comportement avec endommagement ductile pour la simulation des procédés de mise en forme de tôles minces qui peut bien représenter le comportement des matériaux sous des trajets de chargement complexes en grandes déformations plastiques. Basé sur la thermodynamique des processus irréversibles, les équations de comportement couplé à l’endommagement tiennent compte des anisotropies initiales et induites, de l’écrouissage isotrope et cinématique et de l’endommagement isotrope ductile. Les effets de fermeture des microfissures, de triaxialité des contraintes et de l’angle de Lode sont introduits pour influencer l’évolution de l’endommagement sous une large gamme de triaxialité des contraintes. La distorsion de la surface de charge est introduite via un tenseur déviateur qui gouverne la distorsion de la surface de charge. A des fins de comparaison, les courbes limites de formage sont tracées basées sur l’approche M-K.Des essais sont conduits sur trois matériaux pour les besoins d’identification et de validation des modèles proposés. L’identification utilise un couplage entre le code ABAQUS et un programme MATLAB via un script en langage Python. Après l’implémentation numérique du modèle dans ABAQUS/Explicite et une étude paramétrique systématique, plusieurs procédés de mise en forme de structures minces sont simulés. Des comparaisons expériences-calculs montrent les performances prédictives de la modélisation proposée


  • Résumé

    The objective of this work is to propose a “highly” predictive material model for sheet metal forming simulation which can well represent the sheet material behavior under complex loading paths and large plastic strains. Based on the thermodynamics of irreversible processes framework, the advanced fully coupled constitutive equations are proposed taking into account the initial and induced anisotropies, isotropic and kinematic hardening as well as the isotropic ductile damage. The microcracks closure, the stress triaxiality and the Lode angle effects are introduced to influence the damage rate under a wide range of triaxiality ratios. The distortion of the yield surface is described by replacing the usual stress deviator tensor by a ‘distorted stress’ deviator tensor, which governs the distortion of the yield surfaces. For comparisons, the FLD and FLSD models based on M-K approach are developed.A series of experiments for three materials are conducted for the identification and validation of the proposed models. For the parameters identification of the fully coupled CDM model, an inverse methodology combining MATLAB-based minimization software with ABAQUS FE code through the Python script is used. After the implementation of the model in ABAQUS/Explicit and a systematic parametric study, various sheet metal forming processes have been numerically simulated. At last, through the comparisons between experimental and numerical results including the ductile damage initiation and propagation, the high capability of the fully coupled CDM model is proved


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