Compréhension et maîtrise du procédé de fluovissage

Comprehension and mastering flow drill screwing process

• Auteur / Autrice : Fadik ASLAN
• Direction : Tudor Balan, Laurent Langlois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 12/02/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Racineux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tudor Balan, Laurent Langlois, Katia Mocellin, Badis Haddag, Mirentxu Dubar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katia Mocellin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse des éléments finis

Traitement thermomécanique

Tribologie (technologie)

Mots clés libres

Fluovissage

Modèle prédictif

Modélisation numérique

Multi-Matériaux

Assemblage Mécanique

FowDrillScrewing

Predictive model

Numerical modelling

Multi-Materials

Mechanical joining

Résumé

Le projet de thèse porte sur le procédé de fluovissage et son application à l'assemblage de structures de type automobile. Ce procédé n'a fait que très récemment l'objet de quelques études scientifiques disparates et le niveau de connaissances est encore relativement modeste. Le projet se focalise donc essentiellement sur le procédé avec un double objectif. D'une part, il s'agit de clarifier les mécanismes physiques à l'œuvre et leur influence sur le résultat du procédé. C'est une problématique complexe puisque plusieurs matériaux interagissent (deux ou plusieurs composants à assembler, ainsi que la vis), dans un contexte de très grandes déformations plastiques avec endommagement et de fortes interactions thermomécaniques. Même le bridage induit des effets de type structure, qui se superposent aux effets matériau. Cette étape de compréhension alimentera le deuxième objectif visant à progresser dans la maitrise du procédé, en identifiant les principaux paramètres opératoires et leur influence sur le résultat du procédé. D'un point de vue méthodologique, l'étude comportera un volet expérimental significatif, qui s'appuiera sur la plateforme AMI – Assemblages Mécaniques Innovants de l'IRT M2P. Face au nombre important de paramètres et à la relative méconnaissance de leurs effets et de leurs interactions, une méthodologie expérimentale rigoureuse doit être développée et mise en œuvre. Les expérimentations porteront essentiellement sur le procédé lui-même, même si des caractérisations des matériaux pourront s'avérer nécessaires. En particulier, on tentera d'établir des liens entre les effets des différents paramètres opératoires et les matériaux de l'assemblage. Une simulation numérique pertinente du procédé sera mise en œuvre afin d'aider au dépouillement et à la compréhension des essais, et de compléter ceux-ci par des études paramétriques moins onéreuses. Basé sur des logiciels de simulation industriels, ce développement devra s'appuyer sur des modélisations fines de la réponse thermomécanique des matériaux intervenant dans l'assemblage. L'identification judicieuse des paramètres de comportement et d'échange thermique constituera un pré-requis important pour aboutir à des résultats prédictifs et pouvoir remonter à l'interprétation des phénomènes physiques réels qui régissent le procédé. Du point de vue numérique, la complexité du procédé soulève de nombreux défis auxquels il faudra tenter d'apporter des réponses afin d'aboutir à une prédiction raisonnable en termes de ressources, mais suffisamment représentative et précise. Dans le contexte industriel de l'étude, la simulation numérique est un passage obligé pour l'évaluation de faisabilité, et une exigence du secteur automobile en particulier – en amont de toute expérimentation. Le modèle numérique développé devra donc servir de prototype dans ce sens. L'étude expérimentale et numérique permettra de générer une quantité significative de données, dont il faudra s'efforcer d'identifier et d'extraire les principales tendances et lignes directrices, afin de construire des outils (modèles) efficaces d'aide à la mise en œuvre industrielle du procédé. Ce type d'outil peut prendre des formes diverses mais constitue un objectif important pour l'IRT.

The thesis project focuses on the process of flow drill joining process and its application to the assembly of automotive structures. This process has only recently been the subject of a few disparate scientific studies and the level of knowledge is still relatively modest. The project therefore focuses primarily on the process with a dual purpose. On the one hand, it is a question of clarifying the physical mechanisms at work and their influence on the result of the process. It is a complex problem because several materials interact (two or more components to be assembled, as well as the screw), in a context of very large plastic deformations with damage and strong thermomechanical interactions. Even the clamping induces structural effects, which are superimposed on the material effects. This step of understanding will feed the second objective aiming at progressing in the control of the process, by identifying the main operating parameters and their influence on the result of the process. From a methodological point of view, the study will include a significant experimental component, which will be based on the AMI platform - Innovative Mechanical Assemblies of the IRT M2P. Given the large number of parameters and the relative lack of knowledge of their effects and their interactions, a rigorous experimental methodology must be developed and implemented. The experiments will focus on the process itself, although material characterizations may be necessary. In particular, we will try to establish links between the effects of different operating parameters and the materials of the assembly. A relevant numerical simulation of the process will be implemented to assist in the analysis and understanding of the tests, and to supplement them with less expensive parametric studies. Based on industrial simulation software, this development will have to rely on fine modeling of the thermomechanical response of the materials involved in the assembly. The judicious identification of the behavior and heat exchange parameters will be an important prerequisite to obtain predictive results and to be able to go back to the interpretation of the real physical phenomena that govern the process. From a numerical point of view, the complexity of the process raises many challenges that must be addressed in order to arrive at a reasonable prediction in terms of resources, but sufficiently representative and precise. In the industrial context of the study, numerical simulation is a necessary step for the evaluation of feasibility, and a requirement of the automobile sector in particular - before any experimentation. The developed digital model will therefore serve as a prototype in this sense. The experimental and numerical study will generate a significant amount of data, which will seek to identify and extract the main trends and guidelines, in order to build effective tools (models) to assist in the implementation industrial process. This type of tool can take various forms but is an important goal for the IRT.