Modélisation numérique d'assemblage soudé par laser de châssis pour sièges de voiture, sous sollicitations dynamiques

Numerical modeling and failure prediction of laser welded joints in a support of car seat

• Auteur / Autrice : Waseem Arif
• Direction : Hakim Naceur, Eric Markiewicz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 10/04/2017
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Favier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hakim Naceur, Eric Markiewicz, Nathalie Boudeau, Karl Debray, Nicolas Leconte, Mohamed Ben Tkaya
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Boudeau, Karl Debray

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Soudage laser

Automobiles -- Châssis

Mots clés libres

Elément multi-Matériel

Lbw

Srm

Scm

Interpolation covers method

Multimaterial element

Gissmo

Résumé

De nos jours, les politiques environnementales sont devenues plus strictes envers l’industrie automobile pour réduire les émissions de CO2, donc les structures légères utilisant des matériaux de haute résistance sont d’un grand intérêt. Deux modèles différents EF, à savoir "Solid Refine Model" (SRM) et "Shell Coarse Model " (SCM) ont été développés et sont utilisés comme modèles standard par Faurecia Automotive Seating (Caligny). Le SRM est capable de prédire avec précision le comportement de soudage local, mais malheureusement, en raison de son coût de calcul élevé, le SRM n’est pas adapté à une modélisation de si`ge de voiture complète. D’autre part, le SCM est efficace sur le plan numérique, mais il ne peut pas prédire le comportement de la ligne de soudure. L’objectif de la présente thèse est de développer un modèle EF multi-matèriel dans le logiciel commercial Ls-dyna, qui améliorera le SCM pour permettre une prédiction précise du comportement de la ligne de soudure jusqu’à l’échec avec un coût de calcul raisonnable. Le modèle FE quadrilatère standard est développé et enrichie à l’aide d’une méthode récemment développée appelée "Interpolation Covers Method" (ICM) pour capturer les gradients de la solution avec précision sans raffinement de maillage. Un modèle de matériau élasto-plastique est développé dans le logiciel commercial Ls-dyna qui prend en compte deux matériaux différents à savoir BM et HAZ dans un seul élément de coque. Le modèle généralisé d’endommagement dépendant de l’état de contrainte a été implémenté comme UMAT dans le logiciel commercial Ls-dyna pour prédire l’échec de la ligne de soudure dans SCM. Les différents développements ont permis au SCM de prédire avec précision le comportement complexe de la ligne soudée jusqu’à l’échec, à faible coût de calcul compatible avec les besoins industriels.

Nowadays environmental policies have become more strict towards the automotive industry to reduce the CO2 emission, therefore lightweight structures using high strength materials have become of great interest. Two different FE models namely “Solid Refine Model” (SRM) and “Shell Coarse Model” (SCM) have been developed and are being used as standard models by Faurecia Automotive Seating (Caligny). The SRM is capable to predict accurately the local welding behavior but unfortunately, due to its high computational cost, the SRM is not suitable for a full car seat modeling. On the other hand, the SCM is computationally efficient but it cannot predict the weld line behaviour. The aim of the present thesis is to develop a multimaterial FE model within the Ls-dyna commercial software, which will enhance the SCM to allow the accurate prediction of weld line behavior until failure with a reasonable computational cost. The standard quadrilateral shell FE is developed and enriched using a recently developed method called the “Interpolation Covers Method” (ICM) to capture the solution gradients accurately without mesh refinement. An elasto-plastic material model is developed within Ls-dyna commercial software which takes into account two different materials namely BM and HAZ inside a single shell element. The Generalized Incremental Stress State dependent damage Model has been implemented as a UMAT within Ls-dyna commercial software to predict the weld line failure in SCM. The different developments have allowed the SCM to become able to predict the complex behavior of the welded line accurately until failure, at low computational cost compatible with the industrial needs.