Modélisation et simulation thermomécaniques de la coupe des métaux

par Firas Ali

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Métaux, métallurgie

Sous la direction de Maurice Touratier.

Soutenue en 2001

à Paris, ENSAM .

mots clés

• Coupe orthogonale
• Simulation numerique
• Thermomecanique
• Non-lineaire
• Methode element fini
• Maillage
• Milieu anisotrope

Résumé

L'usinage des métaux est un procédé de mise en forme par enlèvement de matière qui, bien que très développé et très répandu, n'est pas encore maîtrisé du point de vue des phénomènes physiques mis en jeu, et des simulations numériques. En effet, la coupe des métaux fait intervenir de nombreux phénomènes mécaniques, thermiques et métallurgiques d'une très grande violence. Dans le cadre d'études d'optimisation des conditions de coupe en usinage, il est fondamental de disposer d'outils numériques de simulation des opérations afin de comprendre et de maîtriser les phénomènes mis en jeu. L'objectif principal de notre étude est la formulation et le développement d'un modèle numérique permettant la simulation de l'usinage par enlèvement de matière afin de compléter les connaissances nécessaires à une appréhension globale et industrielle de la coupe. Le travail de thèse présenté initie les travaux sur la simulation thermomécanique de la coupe au sein du Laboratoire. Nous développons notre propre outil logiciel de simulation appelé "NESSY-COUPE". Celui-ci est basé sur une approché éléments finis et s'appuie sur une plate-forme logicielle en cours de réalisation au laboratoire : "NESSY". Les premiers résultats présentés se limitent à une simulation bidimensionnelle de coupe orthogonale et sont issus d'une approche langrangienne thermomécanique en explicite. Ce type d'approche nécessite un remaillage régulier du domaine usiné vu les déformation élevées, et une particularité de notre approche est d'offrir la possibilité de générer un maillage anisotrope afin de mieux prendre en compte les forts gradients présents (thermiques et mécaniques). Des comparaisons sont présentées avec des simulations effectuées sur des logiciels éléments finis généralistes comme ABAQUS et LS-DYNA.

Titre traduit

Thermomechanical modelling and simulation of metal cutting

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