Développement d’un modèle numérique sur l’étude de l’intégrité des surfaces en perçage

Development of a numerical model to study surface integrity in drilling processes

• Auteur / Autrice : Mathieu Girinon
• Direction : Eric Feulvarch, Joël Rech, Frédéric Valiorgue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 13/09/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) - Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Favier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Feulvarch, Joël Rech, Frédéric Valiorgue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammad Jahazi, Yann Landon, Jean-Philippe Ponthot, Tarek Mabrouki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usinage

Perçage et alésage

Mots clés libres

Perçage

Contraintes résiduelles

Intégrité des surfaces

Thermique

Numérique

Expérimental

Drilling

Residual stresses

Numerical modelling

Résumé

L’intégrité de surface a un rôle significatif sur la tenue en fatigue des composants usinés. Des spécifications particulières émergent de la part des fabricants et particulièrement de ceux de l’aéronautique. Les trous percés sont des zones critiques à partir desquelles des endommagements peuvent se produire. Néanmoins les contraintes résiduelles sont peu étudiées en perçage. Elles émanent de phénomènes multi-physiques issus de l’opération de perçage difficilement identifiables à cause du confinement du trou. Ce rapport présente les travaux expérimentaux et numériques mis en œuvre au cours de la thèse. Le projet s’est d’abord focalisé autour de l’identification des phénomènes physiques mis en jeu pendant l’opération de perçage pour différents modes de lubrification et sur l’analyse des contraintes résiduelles sur la surface du trou percé. Ce premier volet expérimental a posé les bases de compréhension nécessaires au développement des modèles numériques.Les développements numériques s’articulent autour de deux axes. Le premier consiste à représenter l’opération de perçage. L’état de l’art ainsi qu’une étude préalable ont permis d’identifier les difficultés liées à la modélisation numérique d’une opération de perçage pour des longueurs percées significatives. Le premier modèle développé répond à cette problématique et détermine les sollicitations induites par le perçage nécessaires au calcul des contraintes résiduelles. Le deuxième axe de développement numérique permet de prédire les contraintes résiduelles présentes dans une pièce percée à partir des chargements issus du premier modèle.

The surface integrity has a significant impact on the fatigue life of the machined parts. New requirements appear from manufacturers and especially from aeronautical industrialists. Drilling holes are critical and can damage the component. Nevertheless, residual stresses are not studied a lot in drilling processes. The residual stresses created are a result of multi-physical phenomena during drilling processes. It is difficult to identify them due to the confinement of the hole. In the current study, experimental tests are realized and numerical model of drilling surface integrity was developed. First, experimental works were performed in several lubrication conditions to understand physical phenomena which lead to residual stresses in the drilled workpiece. The numerical developments are set-up about two sections. The first numerical model represents the drilling operation. The state of the art and an initial study were shown that the actual numerical models are not able to simulate a drilling operation in an important drilling depth. So the first numerical model gives an estimation of loads induced by the drilling operation and necessary to compute residual stresses. Finally, the second numerical model simulates residual stresses in a drilled part taking in account loads provided.