Modélisation détaillée des soudures par point et laser pour simuler la rupture des assemblages automobiles

Detailed model of spot-welded and laser-welded joints to simulate the failure of car assemblies

• Auteur / Autrice : Emmanuel Lamouroux
• Direction : Daniel Coutellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèle de Gurson

Dynamique

Statique

Rupture

Assemblages (technologie)

Simulation par ordinateur

Propriétés mécaniques

Soudures

Résumé

A cause de leur lenteur et de leur coût financier élevé, les méthodes classiques de caractérisation expérimentale sur la ténacité des assemblages soudés sont peu satisfaisantes pour l’industriel. Ce travail propose, pour différents matériaux et plusieurs épaisseurs de tôles, une approche alternative basée sur la construction et la validation d’un modèle numérique volumique de soudure par point et de soudure Laser en utilisant la technique des éléments finis. Dans un premier temps, deux méthodologies de caractérisation des propriétés mécaniques des assemblages soudés ainsi que des paramètres d’endommagement et de rupture sont présentées. Dans un second temps, en utilisant le modèle matériau de Gurson-Tvergaard-Needleman, le comportement des assemblages sous sollicitations quasi-statique et dynamique a été simulé et confronté aux résultats expérimentaux. Cette comparaison a mis en évidence une adéquation satisfaisante non seulement sur le mode de rupture mais aussi sur la courbe « force/déplacement » caractéristique de la soudure. Enfin, à l’aide du modèle détaillé de soudure Laser, deux études de cas ont été réalisées pour estimer respectivement l’impact d’imperfections géométriques et mécaniques sur la ténacité du joint et évaluer la « transférabilité » des données mécaniques d’une géométrie de soudure Laser à une autre

Due to their slowness and their high cost, the classical methods of experimental characterization about the welded joints’ stress carrying capacity are unsatisfying for industrial purposes. This work provides, for different materials and several sheet thicknesses, an alternative approach based on the construction and on the validation of a volumic numerical model of spot-welds and Laser welds using the finite element method. Firstly, two methods of welded joint’s mechanical properties’ characterization as well as damage and rupture parameters are presented. Secondly, using the material model of Gurson- Tvergaard-Needleman, the welds’ behaviour under quasi-static and dynamic load cases has been simulated and compared with the experimental results. This comparison showed a satisfying correlation not only for the rupture’s pattern but also for the “force vs. Displacement” curve characteristic of the weld. Finally, using the Laser-weld’s detailed model, two case studies have been realized to estimate respectively the consequence of geometrical and mechanical imperfections on the weld’ stress carrying capacity and to evaluate the “transferability” of mechanical data from a given Laser weld’s geometry to another one