Tenue mécanique des assemblages soudés par point multi-tôles et acier multigrades : étude expérimentale, modélisation macroscopique et procédure d'identification

Mechanical strength of multi-sheet, multi-grade spot-welded assemblies : experimental study, macroscopic modeling and identification procedure

• Auteur / Autrice : Rim Chtourou
• Direction : Eric Markiewicz, Bassem Zouari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 15/05/2017
• Etablissement(s) : Valenciennes en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...) - Laboratoire de recherche de Mécanique, Modélisation et Production (Sfax, Tunisie)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Ronel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Markiewicz, Bassem Zouari, François Bay, Vincent Grolleau, Fahmi Chaari, Nader Haddar, Nicolas Leconte, Grégory Haugou, Bertrand Langrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Bay, Vincent Grolleau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Soudures

Rupture, Mécanique de la

Microstructure (physique)

Mots clés libres

Soudage par point par résistance

Assemblage soudé trois-Tôles en aciers multigrades

Comportement mécanique

Rupture

Essais de type Arcan

Modélisation macroscopique

Méthodologie d’identification.

Resistance spot welding

Multi-Sheet multi-Steel grade assembly

Macroscopicmodeling

Mechanical behavior

Rupture

Arcan tests identification methodology.

Résumé

Dans le cadre de la conception des structures automobiles et de la modélisation de leur tenue au crash, la prédiction du comportement mécanique et de la rupture des assemblages soudés par point par résistance, s’avère encore délicate. En introduisant une nouvelle génération d’assemblages multi-tôles en aciers multigrades soudés par point, la prédiction de leur tenue mécanique est devenue encore plus complexe. En effet, malgré une utilisation croissante de ces assemblages, l’étude expérimentale de leur comportement mécanique est encore très limitée, tandis que leur modélisation macroscopique n’a pas encore été proposée. Dans ce contexte, un dispositif expérimental approprié de type Arcan est proposé pour caractériser la tenue mécanique et la rupture des assemblages trois tôles soudés par points, en chargements purs et combinés et dans les différentes configurations possibles. Une approche de modélisation macroscopique est également proposée pour simuler le comportement des assemblages trois tôles soudés, pour des applications de type structure. Un modèle d’élément équivalent ’connecteur’ est tout d’abord proposé, identifié et validé par rapport un assemblage deux tôles soudé par point. Ensuite, une approche de modélisation utilisant trois connecteurs est proposée pour simuler le comportement mécanique et la rupture d’un assemblage trois tôles soudé par point par résistance. Une stratégie d’identification est aussi détaillée pour simplifier la procédure d’identification des paramètres du modèle. Le modèle est identifié et validé par rapport aux résultats expérimentaux des essais de caractérisation de type Arcan réalisés au cours de cette thèse.

Resistance spot welding (RSW) is widely used in the automotive industry. However, the prediction of their non-linear mechanical behavior and their failure in structural crashworthiness computations remains a challenge. The introduction of a new generation ofmulti-sheet multi-steel grade spot welded assemblies makes the prediction of their mechanical strength more complex.Despite the increasing use of these assemblies, the experimental study of their mechanical behavior is still very limited, while their macroscopic modeling has not yet been studied. An experimental device based on Arcan principle is thus proposed to characterize the mechanical strength and the failure of three-sheet spot welded assemblies, in pure and combined loads for different loading configurations. A macroscopic modeling approach is also proposed to simulate their mechanical behavior for structural applications. As a first step, a ’connector’ element is proposed, identified and validated for a two-sheet spot welded assembly. Then, a modeling approach using three connectors is proposed to simulate the mechanical behavior and the rupture of a three-sheet multi- steel grade spot welded assembly. An identification methodology is also presented to simplify the identification procedure of the model parameters. The model is identified and validated based on the experimental results of the Arcan tests carried out during this thesis.