Étude sous chargement dynamique biaxial d'une tôle en acier DP450 : influence sur le comportement et la formabilité

Study of biaxial loading on automotive steel sheet DP450 - effect on the behavior and the on formability

• Auteur / Autrice : Arnaud Penin
• Direction : Gérard Rio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Résistance aux collisions

Tôle d'acier

Matériaux -- Essais dynamiques

Déformations (mécanique)

Métaux -- Formabilité

Effet de striction (physique)

Barres de Hopkinson

Mots clés libres

Bulge test

Essais biaxiaux

Résumé

Les tôles métalliques sont soumises à des sollicitations multiaxiales rapides lors de crash automobile ou de la mise en forme, alors que peu de moyens expérimentaux cumulent ces deux propriétés. Le travail présenté est une contribution à la compréhension du comportement de tôles en acier sous un chargement rapide biaxial. Les travaux ont pour objectif de comparer la réponse d'un acier soumis à des chargements bi-axiaux et uni-axiaux. Les essais sont menés à différentes vitesses allant du quasi-statique 10-3 /s au dynamique 103 /s. Le premier travail a été de déterminer la réponse du matériau dans le cas d'un chargement uni-axial, afin de créer la base de données de référence. Cette partie expérimentale a mis en évidence la difficulté à caractériser sur une large gamme de vitesse, ce qui nécessite d'utiliser différents moyens d'essai : hydraulique, hydraulique rapide et barres de Hopkinson. La sollicitation bi-axiale est elle imposée par un essai d'expansion, ou bulge test. Ce test est conduit en quasi-statique avec un système de mesure de champs permettant d'optimiser l'exploitation du test. Pour imposer une sollicitation rapide, le dispositif est adapté sur un banc de barres de Hopkinson, et l'exploitation est réalisée par l'utilisation d'une méthode inverse. La comparaison des résultats entre un chargement uni-axial et bi-axial a mis en évidence une sensibilité à la vitesse de déformation équivalente pour les deux modes de sollicitations testés. Pour finir, l'évolution de la formabilité est étudiée pour deux vitesses de chargements, en quasi-statique et en dynamique, à l'aide d'un essai de poinçonnement. La géométrie de l'éprouvette est optimisée pour disposer d'un trajet de déformation linéaire, en expansion. Dans l'étude, la limite de formabilité est choisie au début de la striction. L'exploitation des résultats a permis de mettre en évidence un effet significatif de la vitesse de déformation sur l'apparition de la striction.

Teel sheets are subject to multi-axial and dynamic loading during automobile crashes or even stamping. However, there are few experimental techniques that are able to test the material properties for both types of loading. This study presents a new stress technique for steel sheets under biaxial and dynamical loading. The aim of the work is to compare the strain rate sensitivity of steel under uniaxial and biaxial loading. The test was conducted with different strain rates from quasi-static 10-3/s to dynamic at 103/s. The first study was to identify strain rate sensitivity under uniaxial loading so as to obtain a reference behavior. This experimental part highlighted the difficulty of studying behavior under a wide range of strain rates, thus requiring the use of various experimental techniques. Biaxial loading was obtained through an expansion test or bulge test. The bulge test was performed under quasi-static loading rate and using a digital image correlation to measure displacement and the strain field, thus enabling optimization of the test through the calculation of the stress-strain relationship. A Hopkinson apparatus was used to increase the strain rate for dynamic bulge testing. For this device, the strain rate sensitivity of the sample was studied by using an inverse approach. Finally, a punch test was used to study formability for both quasi-static and dynamic strain rates. The sample geometry was optimized to control the strain path in expansion. In the quasi-static mode, DIC ( digital image correlation) was used to detect the beginning of necking. However, in the dynamic mode, we only had the load and displacement relationship. Therefore, the beginning of necking was detected through a new method based on the decrease of load evolution due to necking as compared to the load calculated by simulation. This method is used for both quasi-static to dynamic modes and validated with the DIC results.