Modélisation et étude du plissement des tôles lors de leur transport en continu dans les usines sidérurgiques

Wrinkling during strip conveying in processing lines

• Auteur / Autrice : Nicolas Georges Marcel Jacques
• Direction : Michel Potier-Ferry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recuit des métaux

Modèles mathématiques

Travail de la tôle

Mots clés libres

Plissement

Tôles minces

Transport de bande

Flambement

Post-flambement

Elèments finis

Wrinkling

Sheet metal

Web handling

(post-)buckling

Finite element

Résumé

Ces travaux portent sur la modélisation du plissement lors du transport de bandes métalliques à l’aide de rouleaux. Un modèle éléments finis a été mis au point afin de simuler la formation de plis. Les mécanismes à l’origine du plissement sont décrits. La traction appliquée pour guider les bandes, engendre l’apparition de contraintes compressives secondaires et localisées qui peuvent causer le flambement de la bande. Lors du mouvement de la tôle, le frottement bande-rouleau induit une accentuation importante des ondulations de flambement. Si ces ondulations deviennent suffisamment marquées, le pli s’initie et se propage par l’action d’un mécanisme cumulatif plastique. L’influence du frottement sur la formation des plis est ensuite étudiée. Il existe deux régimes de formation des plis suivant la valeur du coefficient de frottement. La définition d’un nouveau protocole expérimental a permis de valider ces résultats. Le modèle numérique est ensuite appliqué à l’étude du plissement dans les lignes de recuit continu, où les effets de la plasticité sont plus importants. Le rôle des défauts de planéité est aussi étudié. En complément de ces études numériques, un modèle analytique simplifié du flambement sous traction est proposé.

In processing lines, sheets of metal are in a continuous form, called strip, and are driving by upper and lower rolls in an alternate up and down motion. This work deals with the formation of wrinkles when a strip passes over a roll. Finite element analyses are carried out to modelize wrinkling. Occurrence of wrinkles follows a buckling phenomenon induced by a tensile load, applied in order to avoid strip wandering. Indeed, when the strip is stretched, small compressive stresses appear near the roll and cause the strip buckling. Due to friction, the strip displacement increases significantly stresses induced by the buckling. So, the yield stress may be reached. In some cases, buckles evolve to create a wrinkle by a plastic cumulative mechanism. The influence of friction on the wrinkles formation is investigated. The mechanism of wrinkling is not the same for low and high values of the friction coefficient. Numerical results concerning the influence of the friction coefficient have been validated by an experimental study. Next, simulations are performed to modelize the wrinkling of steel sheets in continuous annealing furnaces. In this case, the effect of plasticity is more important. The influence of the sheet flatness is also taken into account. In addition, an analytical study of the buckling of plates under global tension is proposed.