Modélisation des procédés de formage par impulsion magnétique

Magnetic pulse forming processes : Computational modelling and experimental validation

• Auteur / Autrice : José Rodolfo Alves Zapata
• Direction : François Bay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Soutenance le 11/04/2016
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Glenn Daehn
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Bay, A. Erman Tekkaya, Etienne Perchat, Gilles Mazars
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Racineux, Annie Gagnoud
• DOI : 10.70675/b1296cd5zb6c5z4b9azac29z6a15553f21d0

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Formage superplastique

Électromagnétisme

Mots clés libres

Formage magnétique

Formage rapide

Éléments finis

Analyse d’images

Electromagnetic forming

High-Speed forming

Finite elements

Image analysis

Résumé

Le formage électromagnétique est une technologie qui a gagné en intérêt dans les dernières décennies - grâce notamment à la formabilité accrue qu'il offre pour les matériaux à haute résistance et faible masse spécifique tels que les alliages d'aluminium et de magnésium. Un des défis majeurs au niveau du procédé réside dans la conception et l'étude au niveau de la pièce à fabriquer et sur l'interaction entre les différents aspects physiques: les ondes électromagnétiques comme source d'énergie, la thermo-mécanique contrôlant les évolutions de déformations et de contraintes, ainsi que l'étude de l’endommagement sous des sollicitations à grande vitesse. Ce travail est consacré à la mise au point d’un modèle et d’un outil numérique prédictifs capable de traiter l’interaction entre électromagnétisme et thermo-mécanique dans un cadre éléments finis en 3D. Nous introduisons les modèles de calcul pour l'électromagnétisme : l'approche permettant d’inclure la géométrie des pièces, le couplage électrique avec le générateur, entre autres. Nous poursuivons avec les techniques de calcul nécessaires pour coupler le calcul électromagnétique avec les calculs thermo-mécaniques – en mettant l’accent sur le problème du suivi des déplacements de la pièce déformable dans le module électromagnétique. Nous introduisons aussi certains aspects plus physiques du procédé tels que les phénomènes d'élimination du retour élastique ou encore l’adhésion des surfaces (soudage). Dans le dernier chapitre, nous présentons les installations expérimentales disponibles au laboratoire. Une méthodologie pour l'identification des paramètres électriques définissant les machines et nécessaires pour effectuer la simulation est introduite.

Magnetic pulse forming is a technology that has gained interest in the last decades – thanks to the increased formability it offers for high-resistance-low weight ratio materials such as aluminum and magnesium alloys. One major complexity of the process lies in the design and study at the work piece level and the interaction between the several physical aspects involved: the electromagnetic waves as source of energy, the thermo-mechanics controlling the strain and stress evolution, as well as the study of fracture and damage under high-speed loading conditions. This work is dedicated to the development of a predictive model and computational tool able to deal with the interaction between the electromagnetism and the thermo-mechanics in a 3D finite elements frame work. We introduce the computational aspects of the electromagnetism, from the selected approach to include the geometry of the parts down to the coupling with the electric machinery behind the process. This is followed by the computational techniques needed to couple the electromagnetic computation to the thermo-mechanical one with a special focus on the problem of tracking the displacement of the deformable part within the electromagnetic module. We also introduce some aspects more related to the physics of the process such as the phenomena of elastic spring-back elimination and surface bonding (welding). In the last chapter we present the experimental facilities available at the laboratory. A methodology for identification of the electric parameters defining the machinery and needed to perform the simulation is introduced.