Caractérisation mécanique des matériaux constitutifs des tubes roulés-soudés pour leur mise en forme par hydroformage dans un contexte industriel.

Mechanical characterization of rolled-welded tubes materials for tube hydroforming in an industrial setting

• Auteur / Autrice : Ludovic Vitu
• Direction : Nathalie Boudeau, Pierrick Malécot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université ouverte de Franche-Comté
• Jury : Président / Présidente : Laurent Tabourot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Boudeau, Pierrick Malécot, Laurent Tabourot, Marion Martiny-Weitig, Carl Labergère, Marc Milesi, A. Butery
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marion Martiny-Weitig, Carl Labergère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydroformage

Mots clés libres

Tube

Caractérisation de matériaux

Hydroformage

Simulation E F

Expérimentation

Tube

Material characterization

Hydroforming

F E simumlation

Résumé

L’hydroformage de tube nécessite l’emploi d’outillage coûteux et la phase de mise au point utilise intensivement la simulation par éléments finis. Pour ces simulations, il est nécessaire de disposer de données matériaux adaptées dans le domaine plastique. Le comportement des matériaux utilisés en mise en forme dépend du mode de sollicitation. Ainsi, plusieurs essais de caractérisation tels que l’essai de traction et les essais de gonflement de flan et de tube sont traités dans ce travail.On s’intègre dans une démarche pragmatique afin d’offrir des méthodes simples pour une mise en œuvre dans un contexte industriel en limitant le nombre d’essai, une méthode expérimentale de caractérisation simple et une méthode d’analyse des résultats expérimentaux efficace. De plus, on se limite à des modèles matériaux disponibles dans tout type de code de calcul comme la loi d’écrouissage de Swift et le critère de plasticité de Hill 1948.Après une introduction des différents types d’hydroformage et des notions de bases du comportement plastique des matériaux, la mise en œuvre des essais est présentée. On retiendra qu’il existe plusieurs façons de post-traiter les résultats expérimentaux. La méthode classique a été choisie pour l’essai de traction, celle préconisée par Koç et al. est utilisée pour le gonflement de flan et enfin la méthode de Boudeau et Malécot a été adoptée pour le gonflement de tube.À partir des essais effectués sur un acier austénitique inoxydable de type AISI 304, plusieurs courbes d’écrouissages distinctes ont été obtenues. Des simulations numériques ont été menées afin de confronter ces lois de comportement sur la prédiction des profils des flans et des tubes déformés ainsi que sur les distributions d’épaisseur de ceux-ci. Enfin, le matériau ayant été considéré isotrope jusqu’à présent, on s’attache à l’influence de l’anisotropie du matériau dans le cadre de la mise en forme par hydroformage. Pour cela un plan complet est mené.Mots-clés : hydroformage, caractérisation de matériaux, tube, simulation E.F., expérimentation

Tube hydroforming requires the employment of expensive tooling and its industrial development makes an intensive use of finite element simulations. For these simulations, we need plastic material data. The material behavior, in forming, depends on the loading mode. Thus, several characterization tests such as uniaxial tensile test, the bulging test on sheet and tube, are investigated in this work.The works are conducted in the context of a pragmatic approach. The goal is to offer simple methods for implementation in an industrial setting based on a limited number of tests, a simple experimental method and an efficient method for post-processing experimental results. In addition, we limit ourselves to classical material models, available in any FE code, such as the Swift’s hardening law and the Hill 1948 plastic criterion.After the introduction of the different kind of hydroforming and the fundamentals on the plastic behavior of materials, the experimental tests are presented. There are many ways for post-processing the experimental results of these advanced testing methods. The conventional method is chosen for post-processing the experimental results obtained with the tensile test ; for the sheet bulging test, the method recommended by Koç et al. is used and the model proposed by Boudeau and Malécot’s is adopted for tube bulging test.The different tests are carried out on an austenitic stainless steel AISI 304 and, distinct hardening curves are obtained. Numerical simulations of the tests and a tube hydroforming operation are performed with the different hardening law. The FE results are compared; the comparisons are led on the resulting bulged sheet or tube and on the thickness distribution. Finally, the influence of the initial anisotropy in tube hydroforming is studied through a full Design Of Experiences.Keywords: hydroforming, material characterization, tube, F.E. simulation, experiment