Modeling of Initial and Induced Anisotropies in Hot Sheet Metal Forming in Presence of Ductile Damage
Modélisation des anisotropies initiales et induites en formage de tôles à chaud avec endommagement ductile
Résumé
This work is dedicated to the development of an advanced constitutive model coupling various physical phenomena, for the fine prediction of the behavior and ductile damage of thin sheets during their forming at high temperature. The proposed constitutive equations take into account: (i) initial and induced anisotropies, (ii) tension-compression asymmetry, (3i) isotropic and kinematic mixed nonlinear hardening, (4i) loading rate dependence and (5i) strong coupling between the various phenomena including isotropic ductile damage. In particular, the coupling with ductile damage takes into account the microcracks closure with a novel approach based on a dual dependence on the stress triaxiality and the Lode angle. The formulation of the model is carried out within the framework of the thermodynamics of irreversible processes with state variables. Associated numerical aspects are developed as part of the finite element (FE) method and implemented in the ABAQUS/Explicit FE calculation code via the VUMAT user routines. A parametric study is systematically performed to show the predictive capabilities of the proposed model. The procedure for identifying model parameters is then discussed. Finally, FEM numerical simulations of various high temperature thin sheet forming processes are performed and their comparisons to the experimental results are presented and analyzed.
Ce travail est dédié au développement d’un modèle de comportement avancé couplant divers phénomènes physiques pour la prédiction fine du comportement et de l’endommagement en simulation des procédés de mise en forme de tôles minces à hautes températures. Les équations constitutives proposées prennent en compte : (i) les anisotropies initiales et induites, (ii) l’asymétrie de traction-compression, (3i) un écrouissage mixte non linéaire isotrope et cinématique, (4i) la dépendance à la vitesse de chargement et (5i) le couplage fort entre les différents phénomènes incluant l’endommagement ductile isotrope. Particulièrement, le couplage avec l’endommagement ductile tient compte de la fermeture des microfissures avec une nouvelle approche originale basée sur une dépendance à la triaxialité des contraintes et à l'angle de Lode. La formulation est réalisée dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Les aspects numériques sont développés dans le cadre de la méthode des éléments finis (EF) et implémentés dans le code de calcul par EF ABAQUS/Explicit via les routines utilisateurs VUMAT. Une étude paramétrique est systématiquement réalisée pour montrer les capacités prédictives du modèle proposé. La procédure d’identification des paramètres du modèle est ensuite discutée. Finalement, des simulations numériques par EF de divers procédés de mise en forme de tôles minces à hautes températures sont réalisées et leurs comparaisons aux résultats expérimentaux sont présentées et analysées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)