Contribution à la modelisation et à la simulation numérique des effets d'échelle en mise en forme PDF Download
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Author: Nicolas Pernin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 141
Book Description
La modélisation des procédés de mise en forme de pièces métalliques en faibles dimensions nécessite de tenir compte de phénomènes appelés effets d'échelle. Après une revue bibliographique des technologies liées aux procédés de micro-formage de pièces minces et massives, deux principaux effets d'échelle sont mis en évidence : un effet tribologique et un effet rhéologique. Afin de prendre en compte les effets rhéologiques, trois approches sont proposées. Le premier modèle développé est un modèle cœur-peau qui consiste à modéliser le comportement du matériau en distinguant le cœur et la peau du matériau. Ce modèle permet de traduire l'effet de grains moins écrouissable en surface qu'à cœur de la pièce. Le second modèle est un modèle à gradient de plasticité : un terme en laplacien de la déformation plastique équivalente est ajouté dans la relation d'écrouissage qui figure dans le critère de plasticité. Le Laplacien de la déformation plastique équivalente à un certain point d'intégration est déterminé à partir des dérivées d'un polynôme, qui est interpolé en utilisant les valeurs du multiplicateur plastique aux points d'intégration voisins. Le dernier modèle est un modèle d'endommagement non local au sens de Gurson-Tvergaard-Needleman. La fraction volumique de cavité est régularisée par une équation intégrale sur un certain voisinage de chaque point d'intégration de Gauss. Les trois modèles ont été implémentés dans le code de calculs par éléments finis POLYFORM dédié aux grandes déformations. Cette intégration est réalisée dans le cadre d'une approche quasi statique implicite. Un ensemble de tests numériques valide l'intégration numérique des modélisations proposées.
Author: Nicolas Pernin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 141
Book Description
La modélisation des procédés de mise en forme de pièces métalliques en faibles dimensions nécessite de tenir compte de phénomènes appelés effets d'échelle. Après une revue bibliographique des technologies liées aux procédés de micro-formage de pièces minces et massives, deux principaux effets d'échelle sont mis en évidence : un effet tribologique et un effet rhéologique. Afin de prendre en compte les effets rhéologiques, trois approches sont proposées. Le premier modèle développé est un modèle cœur-peau qui consiste à modéliser le comportement du matériau en distinguant le cœur et la peau du matériau. Ce modèle permet de traduire l'effet de grains moins écrouissable en surface qu'à cœur de la pièce. Le second modèle est un modèle à gradient de plasticité : un terme en laplacien de la déformation plastique équivalente est ajouté dans la relation d'écrouissage qui figure dans le critère de plasticité. Le Laplacien de la déformation plastique équivalente à un certain point d'intégration est déterminé à partir des dérivées d'un polynôme, qui est interpolé en utilisant les valeurs du multiplicateur plastique aux points d'intégration voisins. Le dernier modèle est un modèle d'endommagement non local au sens de Gurson-Tvergaard-Needleman. La fraction volumique de cavité est régularisée par une équation intégrale sur un certain voisinage de chaque point d'intégration de Gauss. Les trois modèles ont été implémentés dans le code de calculs par éléments finis POLYFORM dédié aux grandes déformations. Cette intégration est réalisée dans le cadre d'une approche quasi statique implicite. Un ensemble de tests numériques valide l'intégration numérique des modélisations proposées.
Author: Samir Ben Chaabane Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 152
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L'objectif de la présente thèse est de mettre au point un prototype de logiciel destiné à la simulation numérique du soufflage des corps creux plastiques. De nombreux phénomènes complexes sont pris en compte dans le modèle : grandes déformations, comportement hyperélastique, contact deux approches numériques (inverse et incrémentale) basées sur la méthode des éléments finis sont développées. Ces deux approches ont un caractère implicite et supposent un comportement membranaire de la structure. Un élément fini de coque axisymétrique et un élément triangulaire tridimensionnel ont été utilisés pour discrétiser les parois plastiques, et pour représenter les contacteurs. L'utilisation d'une loi de comportement totale nous a permis d'imposer au choix l'épaisseur finale ou l'épaisseur initiale connue. Des exemples axisymétriques et tridimensionnels sont traités, et les résultats obtenus sont comparés dans la mesure du possible à des mesures expérimentales. La validité et l'intérêt de l'approche inverse sont prouvés à l'aide d'exemples.
Author: Camille Robert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 149
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L’allègement de la masse des structures est au cœur des développements des industries du transport. Pour y parvenir, les pièces intègrent de plus en plus de fonctions, leurs géométries deviennent alors très complexes. Pour réaliser ces produits, les industriels ont recours à des stratégies d’optimisation utilisant des méta-modèles numériques prenant en compte l'enchaînement des étapes de conception et de fabrication des pièces. Cependant les temps de simulation sont encore très élevés. Ces travaux se sont intéressés à l'amélioration des protocoles de simulation numérique de procédés de mise en forme d'emboutis profonds. Dans un premier temps, ils ont permis de développer des méthodes numériques pour diminuer les temps de simulation du procédé de formage incrémental. Un schéma de résolution en dynamique explicite est utilisé avec une vitesse de l’outil adaptée. Cette méthode à permis de réduire significativement le temps CPU, tout en conservant une bonne prédiction des géométries et des épaisseurs. Les travaux se sont également intéressés à l’utilisation de la théorie de la déformation incrémentale pour diminuer le temps de résolution du calcul élasto-plastique. De bons résultats sont observés mais le gain de temps est faible (4.5%). Une approche simplifiée du contact a également été développée. De bons résultats sont obtenus avec un gain de temps d’un facteur 2.13 en comparaison de celui obtenu avec une vitesse adaptée. Dans un deuxième temps, une étude sur la réalisation d'emboutis profonds par formage superplastique a été menée de manière à pouvoir à terme enchaîner les deux procédés. Elle a porté sur la détermination d'une loi de pression optimale. Deux algorithmes ont été développés en fonction du protocole pour entrer la loi de pression dans les machines industrielles. Les algorithmes développés permettent un bon contrôle du domaine superplastique. Un temps de calcul réduit d’un facteur 3 est observé, en comparaison avec des méthodes issues de la littérature.
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LE TRAVAIL DECRIT DANS LE PRESENT MEMOIRE A POUR BUT L'ETUDE PRECISE DU COUPLAGE THERMOMECANIQUE POUR LES PROBLEMES A COMPORTEMENT MATERIEL DE TYPE DISSIPATIF (ELASTOPLASTICITE, ELASTOVISCOPLASTICITE, COMPORTEMENT RIGIDE VISCOPLASTIQUE). NOUS NOUS SOMMES DONC INTERESSES A LA MODELISATION, PUIS A LA SIMULATION NUMERIQUE DE PROBLEMES ANISOTHERMES REGIS PAR LES EQUATIONS D'EQUILIBRE MECANIQUE, L'EQUATION DE LA CHALEUR ET LES EQUATIONS CONSTITUTIVES THERMOMECANIQUES ET THERMIQUES. LES PROBLEMES ANALYSES SONT NON-STATIONNAIRES ET INCLUENT DES CHARGEMENTS QUASISTATIQUES. LES EFFETS CONVECTIFS NE SONT PAS PRIS EN COMPTE NI DANS L'EQUATION DE LA CHALEUR NI DANS LES EQUATIONS DE MOUVEMENT. LE PROBLEME DE COUPLAGE THERMOMECANIQUE, POUR DES STRUCTURES 2D EST DISCRETISE, D'UNE PART SPATIALEMENT PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, ET D'AUTRE PART TEMPORELLEMENT PAR LA METHODE DES DIFFERENCES FINIES. POUR EVITER LES INCONVENIENTS NUMERIQUES INHERENTS AUX METHODES DE COUPLAGE FORT, DEUX METHODES SEQUENTIELLES QUI CONSISTENT A DECOUPLER ITERATIVEMENT LES PROBLEMES MECANIQUE ET THERMIQUE POUR LES RESOUDRE DANS UN ORDRE DONNE SONT PROPOSEES ET ETUDIEES EN DETAIL DANS LE CADRE DU PROBLEME POSE: IL S'AGIT DE LA METHODE SEQUENTIELLE ISOTHERME ET DE LA METHODE SEQUENTIELLE ISENTROPIQUE. CES DEUX METHODES DECOUPLENT LE PROBLEME COUPLE INITIAL EN DEUX SOUS PROBLEMES: ? L'UN PUREMENT MECANIQUE, ISOTHERME POUR LA PREMIERE ET ISENTROPIQUE POUR LA SECONDE, DONT LA SOLUTION FOURNIT UNE CONFIGURATION D'EQUILIBRE DONNEE. ? L'AUTRE PUREMENT THERMIQUE, DEFINI SUR LA CONFIGURATION D'EQUILIBRE DU PROBLEME MECANIQUE SUPPOSEE FIXE. APRES LA VALIDATION DES DEUX ALGORITHMES PAR DE NOMBREUX EXEMPLES ACADEMIQUES, ILS SONT UTILISES POUR LA SIMULATION NUMERIQUE D'ESSAIS THERMOMECANIQUES REPRODUISANT DES SITUATIONS RENCONTREES DANS DES PROCEDES DE MISE EN FORME DE PIECES MASSIVES. LES RESULTATS OBTENUS SONT SATISFAISANTS
Author: Patrick Vauchez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 290
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La simulation numérique des processus de mise en forme est généralement traitée par éléments finis en utilisant un algorithme de newton-raphson sur chaque incrément du chargement. Ces algorithmes sont moins efficaces lorsqu'il y a de nombreuses non-linearites: géométrique, physique, contact unilatéral et frottement. L'addition de ces différentes difficultés entraîne la décomposition du chargement en petits incréments et par conséquent les temps de calcul sont importants. Contrairement a ces méthodes de calcul classiques, cette thèse présente la méthode a grand incrément de temps. Elle fut introduite par p. Ladeveze et est développée dans notre laboratoire pour résoudre les problèmes de mise en forme. Cette méthode suit une stratégie différente des méthodes classiques. En effet le chargement est considère en un seul incrément et l'on utilise pour résoudre le problème un processus itératif compose d'une succession d'étapes locales et globales. Chaque étape locale regroupe les non-linearites du problème. L'étape globale est linéaire. L'algorithme donne à chaque itération une estimation de l'histoire de la solution. Cet algorithme est développé et introduit dans notre code optifia en relation avec l'industrie automobile (Renault)
Author: Jean-François Michel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 120
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Les travaux de recherche concernent le développement et la mise en œuvre de nouveaux critères de détection des défauts de striction localisée/éclatement et de plissement/flambage lors de procédés d'emboutissage et d'hydroformage de structures minces. La striction est considérée comme une instabilité du flux de matière. Elle est modélisée via une Analyse Linéaire de Stabilité (ALS) par méthode de perturbation étendue à un état tridimensionnel. Ainsi, de nouveaux modes de striction sont repérés. De plus, le critère initial est amélioré par la détermination rigoureuse du seuil d'instabilité différenciant l'instabilité effective de l'instabilité absolue. Des Courbes Limites de Formage sont construites pour étudier l'influence de paramètres de comportement matériel sur l'apparition de la striction/éclatement. Enfin l'ALS appliquée à une plaque e flexion pure montre que les défauts observés ne sont pas dus à un phénomène de striction. Concernant le plissement, ce défaut semble plus correspondre à un problème de bifurcation qu'à un problème d'instabilité. Dans cet ouvrage, une nouvelle analyse basée sur l'équilibre d'une plaque est développée. De plus, l'analyse qualitative de Nordlund et Häggblad est reprise. Enfin, un nouveau critère basé sur une méthode de perturbation est développé en annexe. Les modélisations présentées pour la détection de striction/éclatement et de plissement/flambage ont été intégrées dans le code POLYFORMâ de simulation par éléments finis des procédés d'emboutissage et d'hydroformage. L'influence des paramètres de procédés et de comportement matériel sur la prédiction des défauts lors de simulations est présentée. La validation expérimentale des prédictions est réalisée pour un procédé d'hydroformage oscillant. L'influence des paramètres de ce procédé sur l'apparition de défauts est également observée.
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Il est intéressant d'observer qu'une grande partie des objets déformables qui nous entourent sont caractérisés par une forme élancée : soit filiforme, comme les cheveux, les plantes, les fils ; soit surfacique, comme le papier, les feuilles d'arbres, les vêtements ou la plupart des emballages. Simuler (numériquement) la mécanique de telles structures présente alors un intérêt certain : cela permet de prédire leur comportement dynamique, leur forme statique ou encore les efforts qu'elles subissent. Cependant, pour pouvoir réaliser correctement ces simulations, plusieurs problèmes se posent. Les modèles (mécaniques, numériques) utilisés doivent être adaptés aux phénomènes que l'on souhaite reproduire ; le modèle mécanique choisi doit pouvoir être traité numériquement ; enfin, il est nécessaire de connaître les paramètres du modèle qui permettront de reproduire l'instance du phénomène souhaitée. Dans cette thèse nous abordons ces trois points, dans le cadre de la simulation de structures élancées.Dans la première partie, nous proposons un modèle discret de tiges de Kirchhoff dynamiques, de haut degré, basé sur des éléments en courbures et torsion affines par morceaux : les Super-Clothoïdes 3D. Cette discrétisation spatiale est calculée de manière précise grâce à une méthode dédiée, adaptée à l'arithmétique flottante, utilisant des développements en séries entières. L'utilisation des courbures et de la torsion comme degrés de liberté permet d'aboutir à un schéma d'intégration stable grâce à une implicitation, à moindres frais, des forces élastiques. Le modèle a été utilisé avec succès pour simuler la croissance de plantes grimpantes ou le mouvement d'une chevelure. Nos comparaisons avec deux modèles de référence de la littérature ont montré que pour des tiges bouclées, notre approche offre un meilleur compromis en termes de précision spatiale, de richesse de mouvements générés et d'efficacité en temps de calcul.Dans la seconde partie, nous nous intéressons à l'élaboration d'un algorithme capable de retrouver la géométrie au repos (non déformée) d'une coque en contact frottant, connaissant sa forme à l'équilibre et les paramètres physiques du matériau qui la compose. Un tel algorithme trouve son intérêt lorsque l'on souhaite simuler un objet pour lequel on dispose d'une géométrie (numérisée) « à l'équilibre » mais dont on ne connaît pas la forme au repos. En informatique graphique, un exemple d'application est la modélisation de vêtements virtuels sous la gravité et en contact avec d'autres objets : simplement à partir de la forme objectif et d'un simulateur de vêtement, le but consiste à identifier automatiquement les paramètres du simulateur tels que la forme d'entrée corresponde à un équilibre mécanique stable. La formulation d'un tel problème inverse comme un problème aux moindres carrés nous permet de l'attaquer avec la méthode de l'adjoint. Cependant, la multiplicité des équilibres, donnant au problème direct son caractère mal posé, nous conduit à « guider » la méthode en pénalisant les équilibres éloignés de la forme objectif. On montre enfin qu'il est possible de considérer du contact et du frottement solide dans l'inversion, en reformulant le calcul d'équilibres en un problème d'optimisation sous contraintes coniques, et en adaptant la méthode de l'adjoint à ce cas non-régulier. Les résultats que nous avons obtenus sont très encourageants et nous ont permis de résoudre des cas complexes où l'algorithme se comportait de manière intuitive.
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Les procédés de mise en forme des corps creux plastiques (le soufflage et le thermoformage) mettent en jeux des phénomènes complexes tels que les grandes transformations, non linéarités matérielles, contact, dans ce contexte, un prototype de logiciel destiné à la simulation numérique de ces procédés a été mis au point. Une attention particulière a été portée sur les structures de type axisymétrique. La paraison et la feuille plastique sont discrétisées par plusieurs modèles éléments finis (membrane, coque, solide) de degré croissant en complexité afin de mettre en évidence les limitations du modèle simplifié de membrane et de quantifier les effets de flexion. La description du comportement des matériaux plastiques est assurée par deux types de lois de comportement : _ modèle hyper élastique incompressible ou quasi-incompressible, _ modèle viscoélastique incompressible. L'intégration temporelle est effectuée avec des schémas d'intégration numérique implicites et explicites associés à des techniques de contrôle du pas de temps. Un aspect important de la simulation numérique de tels procédés est le problème du contact et la définition des surfaces de contact. Ce dernier aspect a été traité par le développement d'algorithmes de recherche automatique des surfaces de contact. La validation est réalisée sur des géométries axisymétriques. Les résultats obtenus sont comparés à des mesures expérimentales ou des valeurs issues du code éléments finis abaqus.
Author: Stéphane Marie Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 183
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On propose un modèle simple et efficace de parallelisation s.p.m.d. Pour la simulation numérique tridimensionnelle de procèdes de mise en forme de matériaux. Les modèles de comportement utilises en mise en forme pour le forgeage des métaux, l'extrusion et l'injection des polymères, conduisent a résoudre des problèmes de type stokes généralises. On traite les équations par une méthode éléments finis mixte et stable en vitesse pression qui s'inspire du mini-element et mène à la résolution de systèmes linéaires non définis positifs. La première partie de ce travail a été le développement d'une méthode itérative robuste et efficace pour résoudre ces systèmes. La méthode du résidu minimal, reconditionnement par des blocs nodaux diagonaux, minimise le temps de calcul et le stockage des données en mémoire. Grâce au solveur itératif, on adopte une stratégie de parallelisation s.p.m.d. Efficace des trois codes de calcul de mise en forme. L'effort de parallelisation porte essentiellement sur la décomposition des données réalise à l'aide d'une partition du maillage et sur l'actualisation entre les domaines de données globales du solveur. Selon la même stratégie, la parallelisation de l'étape de remaillage du code de forgeage consiste a utiliser la version séquentielle indépendamment sur chaque sous domaine, sans modifier les interfaces. Une étape de repartitionnement suit afin de rééquilibrer la charge par processeur et de déplacer les interfaces qui seront remaillées par la suite. Dans le code de simulation du procède d'injection, on parallélise la résolution de l'équation de transport du fluide en enrichissant la structure de données de chaque sous domaine par un recouvrement de leurs éléments voisins. On donne des résultats de simulations industrielles sur des réseaux de stations de travail et sur des machines parallèles distribuées. La stratégie de parallelisation s.p.m.d. Couplee au solveur itératif présente de grands avantages en termes de temps de calcul et de stockage mémoire et élargit les champs d'applications industrielles des codes de simulation de forgeage des métaux, d'extrusion et d'injection des polymères.
Author: Nicolas Pernin
Author: Nicolas Pernin
Author: Samir Ben Chaabane
Author: Camille Robert
Author: BERTRAND.. NGUEGANG
Author: Patrick Vauchez
Author: Jean-François Michel
Author: Romain Casati
Author: Mustapha Ziane
Author: Stéphane Marie
Author: Goddard Space Flight Center. Office of Public Affairs