Modèle de comportement pour la modélisation du thermoformage de feuilles plastiques multicouches

Constitutive law for modeling multilayered thermplastic sheets thermoforming

• Auteur / Autrice : Zied Oueslati
• Direction : Mohamed Rachik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique Avancée
• Date : Soutenance le 03/07/2015
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Optimisation mathématique

Mesure

Déformations (mécanique)

Milieux continus, Mécanique des

Anisotropie

Élasticité

Polyoléfines

Matières plastiques -- Thermoformage

Thermoplastiques

Mots clés libres

Hyperélasticité

Identification inverse

Mesures de champs

Modélisation

TPO

Thermoplastics

Anisotropy

Polyolefins

Hyperelasticity

Optimization

Mathematical models

Résumé

Les Thermoplastique Polyoléfine (TPO) se sont avérés très intéressants pour les applications automobiles. Les caractéristiques mécaniques de ces matériaux sont en bon accord avec le contexte environnemental et économique de la dernière décennie. En fait, au-delà de leur coût et recyclabilité, ils permettent un gain de poids important, une excellente flexibilité de conception et de hautes qualité en terme d'apparence ou de caractéristiques tactiles et olfactives. Le but de cette étude était de modéliser le comportement des nouvelles feuilles de TPO pour les applications de thermoformage. Le matériau étudié peut atteindre de très hautes valeurs d'allongement (jusqu’à 800%) et se distingue par une isotropie transverse. Afin de prédire correctement la distribution de l'épaisseur des pièces thermoformées finales, des essais detraction uniaxiale ont été menés le long des directions longitudinale, transversale et diagonale et à 5 températures différentes de ambiante à 120 °C. Un nouveau modèle hyperélastique isotrope transverstal a été développé. Les paramètres matériau à chacune des températures ont été identifiés en utilisant des méthodes inverses, et de bons résultats ont été obtenus. La procédure d'identification s'est avéré être difficile en raison de la grande sensibilité des paramètres et les problèmes d'instabilité en grandes déformations. Des techniques de mesures champ de déplacement 3D ont finalement été menées et associés à un test de thermoformage afin de valider la procédure matériel d'identification.

Thermoplastic PolyOiefin (TPO) materials have shown great interest for automotive applications. The mechanical characteristics of these materials are in good agreements with the environmental and economical context of the last decade. ln fact, beyond their cost and recyclability, they allow important weight gain, excellent design flexibility, and high quality whether in term of appearance or tactile and olfactory perceptions. The aim of this study was to model the behavior of new TPO sheets for thermoforming applications. The studied material can reach very high stretch ranges (up to 800%) and was found to be transversely isotropie. ln order to properly predict the thickness distribution of the final thermoformed parts, uniaxial tensile tests were performed along the longitudinal, transverse and diagonal directions, at 5 different temperatures from ambient to 120°C. A new transversely isotropic hyperelastic model was developed using User Subroutines in Abaqus software. The material parameters at each temperature have been identified using inverse methods, and good results have been obtained. The identification procedure has shown to be difficult because of the high sensitivity of the material parameters and the instability problems at high stretch ranges. 3D displacement field techniques were finally conducted and associated to a thermoforming test in order to validate the material parameter identification procedure.