Etude du comportement quasi-statique et dynamique des matériaux métalliques à haute température : simulation numérique du formage à chaud

Study of the dynamic behaviour of metallic materials at high temperature

• Auteur / Autrice : Behnam Davoodi
• Direction : Eric Ragneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Mécanique

Constructions, Théorie des

Rhéologie

Contraintes (mécanique)

Résumé

L'objectif de cette these reside dans le recherche de lois de comportement pour la simulation du formage a chaud de metal a grandes vitesses de deformations. On s'y interesse plus particulierement a l'etude du comportement dynamique de l'aluminium 5083 a partir d'essais a chaud sur le systeme shpb pour l'identification des parametres de la loi de comportement a grandes vitesses de deformation et hautes temperatures. Une nouvelle geometrie d'echantillon (de type haltere) est proposee pour faciliter le test shpb a hautes temperatures. La capacite de cet echantillon a maintenir sa temperature entre la coupure du systeme de chauffage et l'impact du projectile, avec ou sans contact l'instant de prealable avec les barres, a ete comparee a celle de l'echantillon cylindrique a partir d'experiences et de simulations par la methode des elements-finis. La forme de l'echantillon a ete optimisee en comparant tous les resultats obtenus experimentalement et par simulation. Les parametres des modeles de materiau ont ete identifies grace a des donnees experimentales en utilisant la methode de l'analyse inverse. Pour la validation des modeles de materiau, des tests shpb ont ete simules a differentes vitesses de deformation et differentes temperatures. Le code d'elements finis abaqus/explicite a ete utilise pour ces simulations. La methode de validation utilisee ici a ete de comparer l'historique des contraintes mesurees par des jauges sur les barres de pression avec ces memes contraintes obtenues par simulation. En conclusion de ce travail, un exemple d'application sur un procede de formage a chaud d'un panneau d'aluminium utilise dans l'aeronautique est presente, simule et etudie par une modelisation aux elements finis.

The objective of this thesis lies within the general scope of searching constitutive equations for simulation of hot metal forming at high strain rate. In particular, we are interested in studying the dynamic behavior of aluminum 5083 by utilizing the shpb system for identification of the constitutive equation parameters at high strain rates and high temperatures. A new specimen in the form of a halter is introduced to facilitate the shpb test at an elevated temperature. The ability of this specimen to maintain its temperature, relative to the cylindrical specimen, between the cut-off of the heating device and prior to the impact of the striker, with or without contact with the pressure bars, has been studied via both experimental tests and finite element methods. The form of the specimen was optimized by comparing all the results obtained in experiments and by simulation. The parameters for all material models are identified from experimental data by using the inverse analysis method. For validation of the material model, shpb test is simulated at various strain rates and various temperatures. The explicit finite element code abaqus is used in these simulations. The validation methodology used here is to compare the recorded strain gauge histories measured on the pressure bars with the histories of the simulated strain gauges. Finally, an example is presented, where the process of hot forming of aluminum panels of airplanes is simulated and studied via fe modeling.