Optimisation multicritères d'une gamme de forgeage : simulation numérique avancée et méta-modélisation

Multi-objective optimization of several stages forging by using advanced numerical simulation and meta-model

• Auteur / Autrice : Fanjuan Meng
• Direction : Carl Labergère, Pascal Lafon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes mécaniques et matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Décision multicritère

Plan d'expérience

Approximation polynomiale

Conception assistée par ordinateur

Forgeage -- Appareils et matériel

Résumé

En forgeage, la définition de la géométrie initiale du lopin et des outils est une tâche cruciale pour l'amélioration de la qualité du produit et la maitrise des coûts de production. Traditionnellement, cette définition est réalisée empiriquement et demeure longue et couteuse. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie basée sur un méta-modèle pour l’optimisation multi-objectif de la géométrie des outillages. Cette démarche permet d’obtenir une bonne approximation du front de Pareto du problème d’optimisation multicrite��res. Notre proposition s’articule autour de quatre étapes : la construction d’une CAO paramétrée des outillages, la simulation numérique du procédé de forgeage à partir d’un plan d’expériences, la construction de méta-modèles (polynomiale ou krigeage), et finalement l'optimisation des processus en utilisant des algorithmes avancés (NBI-NLPQLP ou NSGA-II). L’ensemble de la démarche est automatisé dans l’environnement ModeFRONTIER® pour piloter à l’aide de macro-commandes les logiciels de modélisation géométrique (CATIA V5™) et de simulation du procédé. Deux exemples industriels d’application (matriçage d’une pièce axisymétrique et forgeage net shape d’un engrenage) montrent la contribution de ses travaux et la capacité de cet outil à traiter l’optimisation de la géométrie des outillages d’une gamme de forgeage (ébauche et finition) tout en tenant compte des contraintes technologiques liées au procédé. Finalement le front de Pareto obtenu permet le choix du meilleur compromis parmi les critères d’optimisation retenus

In forging process, the geometry design of initial billet and tools is one of the most important factors for product quality improvement and cost reduction. Traditionally, the engineer use their own knowledge and experience to design and optimize the geometry model of forging process by using trial-and-error methods which is time consuming and cost expensive. So in this thesis, a meta-model based multi-objective optimization methodology for forging process design was developed, aiming at maximally approximate to Pareto optimal front of the real problem. The study is mainly done in four steps: building parametric CAD geometry model, simulating the forging process according to the DOE, fitting surrogate meta-models (Polynomial or Kriging), and optimizing the process by using an advanced algorithm (NBI-NLPQLP or NSGA-II). And in order to realize this procedure automatically in the environment of ModeFRONTIER®, several macro commands are used to connect the geometry modelling (CATIA V5™) and numerical simulation process. Finally, two examples of industrial application (an axisymmetric forging piece and a net shape forging of gear) show the contributions of the research in dealing with the optimization design of dies geometry for several stages forging procedure (rough or finished), taking into account of technological constraints related in the process. In conclusion, relatively better optimal Pareto front is obtained for each problem, by which the engineers could select a best compromise value for the forging design project