Réalisation de liners métalliques par hydroformage : investigations expérimentales, modélisations et simulations numériques

Metallic liners hydroforming : experimental tests, modelling and numerical simulation

• Auteur / Autrice : Raphaël Velasco
• Direction : Nathalie Boudeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Besançon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Hydrogène

Résumé

Le développement durable est un des programmes de recherche prioritaire dans le monde. En particulier, l'utilisation de l'hydrogène comme vecteur énergétique pour les véhicules de demain a donné lieu à la création, au niveau européen, du projet STORHY. La mise en place d'une économie hydrogène nécessite le développement synchronisé de plusieurs filières (production, transport, stockage, distribution) pas ou peu évoluées actuellement, ainsi que l'implantation de piles à combustible performantes dans des véhicules roulant à l'hydrogène. Le LMARC s'intéresse au développement des réservoirs haute pression (700 bars) pour le stockage embarqué d'hydrogène. Ces réservoirs sont constitués d'un liner métallique chargé de faire obstacle aux atomes d'hydrogène et d'une structure composite assurant la tenue à la pression. Il convient de s'intéresser à des procédés permettant la réalisation de liners sans soudure qui sont des lieux privilégiés de micro fuites et de faiblesses mécaniques. L'analyse de l'hydroformage pour la réalisation de réservoirs nécessite la maîtrise du comportement mécanique des tubes utilisés. La mise en place d'essais de gonflement, couplée à des modules d'exploitation analytique des mesures et de validation numérique des résultats, permet alors de déterminer une loi d'écrouissage pertinente pour le matériau utilisé en hydroformage. Un modèle numérique « éléments finis » fiable et performant d'hydroformage de réservoirs est développé pour un type de réservoir donné. Une analyse comparative met en lumière le caractère avantageux de l'hydroformage pour la réalisation de réservoir métallique, par rapport à l'emboutissage de flan actuellement utilisé dans l'industrie.

Sustainable development is presently one of the major research programs in the world. In particular, the use of hydrogen as an energy carrier for future vehicles bas encouraged the creation of the European STORHY project. Hydrogen economy requires the synchronized development of several technologies (production, transportation, storage, distribution), as weIl as the introduction of efficient fuel cells in vehicles. The LMARC is interested in the development of high-pressure tanks (700 bars) for the storage of hydrogen on board. Hydrogen tanks are made of a metallic liner which must obstruct hydrogen atoms and a composite structure ensuring pressure holding. One should focus on processes allowing to manufacture seamless liners, as micro leaks and mechanical weaknesses appear in welding. Hydroforming process for the manufacturing of liners requires prior knowledge on tubes mechanical behaviour. Tube bulging tests, coupled with analytical modelling and numerical validations, allow to determine a relevant hardening law for the material used in hydroforming. An efficient and reliable finite element model of liner hydroforming is designed for one type of tank. A comparative analysis highlights the benefits of hydroforming for the realization of metal tank, compared with classical sheet stamping currently used in industry.