Modélisation numérique thermo-viscoplastique du procédé de forgeage des métaux par l’Approche Pseudo Inverse

Thermo-viscoplastic numerical modeling of metal forging process by the Pseudo Inverse Approach

• Auteur / Autrice : Anoop Ebey Thomas
• Direction : Boussad Abbes, Yu Ming Li, Fazilay Laraba Abbes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SI - Sciences de l’Ingénieur
• Date : Soutenance le 17/04/2019
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Sciences Pour l’Ingénieur (GRESPI) EA 4694 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Francisco Chinesta
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boussad Abbes, Jean-Louis Duval, Hamid Zahrouni
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Lafon, Amine Ammar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Forgeage

Travail à chaud

Matériaux

Mots clés libres

L'approche Pseudo Inverse

Grandes déformations

Comportement thermo-Viscoplastique

Mise en forme des matériaux

Méthode des éléments finis

Forgeage à chaud

Pseudo Inverse Approach

Large deformations

Thermo-Viscoplastic behaviour

Material forming

Finite element method

Hot forging

Résumé

Le forgeage à chaud est un procédé de formage des métaux utilisé pour former des matériaux qui sont difficiles à former à froid ainsi que pour réaliser des géométries complexes. La réduction de la limite d’élasticité à haute température et une augmentation subséquente de l’aptitude à la mise en forme constituent le principal mécanisme à l’origine du procédé. Les méthodes numériques constituent un moyen efficace de prédire les états de contrainte / déformation du produit à différentes étapes de la mise en forme. Bien que les méthodes classiques soient suffisamment précises pour fournir une représentation appropriée du procédé, elles ont tendance à être coûteuses en ressources informatiques. Cela limite leur utilisation dans des cas concret, en particulier pour des études d’optimisation du procédé. L’approche pseudo inverse (API), développée dans le contexte du forgeage à froid 2D axisymétrique, fournit une estimation rapide des champs de contrainte et de contrainte dans le produit final pour une forme initiale donnée. Dans ce travail, l’API est étendue pour inclure les effets thermiques et visco-plastiques dans le procédé de forgeage ainsi que dans le cas général 3D. Les résultats sont comparés aux codes commerciaux disponibles basés sur les approches classiques pour montrer l’efficacité et les limites de l’API. Les résultats obtenus indiquent que l’API est un outil assez efficace pouvant être utilisé à la fois pour des simulations 2D et 3D du forgeage à chaud.

Hot forging is a metal forming process used to form difficult-to-form materials as well as to achieve complex geometries. The reduction of yield stress at high temperatures and a subsequent increase in formability is the primary mechanism that drives the process. Numerical methods provide an efficient means to predict the material yield and the stress/strain states of the product at different stages of forming. Although classical methods are accurate enough to provide a suitable representation of the process, they tend to be computationally expensive. This limits its use in practical cases especially for process optimization. Pseudo Inverse Approach (PIA) developed in the context of 2D axisymmetric cold forming, provides a quick estimate of the stress and strain fields in the final product for a given initial shape. In this work, the PIA is extended to include the thermal and viscoplastic effects on the forging process as well as to the general 3D case. The results are compared with commercially available software, based on the classical approaches, to show the efficiency and the limitations of PIA. The results obtained indicate that PIA is a quite effective tool that can be used for both 2D and 3D simulations of hot forging.