Détermination expérimentale et numérique des CLF par utilisation de tests biaxiaux et Nakajima : application industrielle à l'emboutissage pour les métaux CFC et CC

Experimental and numerical CPFEM-based determination of FLD using biaxial and Nakajima tests : industrial application to deep drawing simulation for FCC and BCC metals

• Auteur / Autrice : Mohammad Mianroodi
• Direction : Siham Touchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 02/12/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Méo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Altmeyer, Hamid Garmestani, Saïd Ahzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Méo, Rodrigue Matadi Boumbimba

Mots clés

Mots clés contrôlés

Emboutissage (travail des métaux)

Corrélation d'images numériques

Mots clés libres

CLF

Marciniak and Kuczynski (M-K)

CPFEM

Nakajima

Corrélation d’images numérique

FLD

Marciniak-Kuczynski (M-K)

CPFEM

Nakajima

Crystallographic texture evolution

Résumé

Cette thèse porte sur la détermination expérimentale et numérique des Courbes Limites Formage(CLF). Les matériaux utilisés sont l’alliage d’aluminium Al6061 (CFC) et l’acier doux St14 (CC). Un modèle de type Marciniak and Kuczynski (1967) est utilisé pour obtenir les CLF à la fois expérimentalement et numériquement en utilisant deux types de tests. La première approche est basée sur la simulation EF d’un test biaxial où la tôle comporte un défaut initial, une réduction d’épaisseur de type Marciniak and Kuczynski (M-K). La seconde approche est basée sur la modélisation EF de l’essai Nakajima. Dans cet essai, plusieurs éprouvettes de largeur différentes sont utilisées pour reproduire plusieurs trajets de déformation afin d’obtenir une CLF complète. Les CLF obtenues permettent ensuite l’étude d’une application industrielle : l’emboutissage des tôles minces. Un modèle de type CPFEM est également implémenté dans le code Abaqus et appliqué aux tests biaxiaux avec un défaut initial de type M-K. Les simulations montrent que les textures prédites dépendent à la fois du trajet de déformations, de la structure cristallographique ainsi que de la localisation dans la tôle (zone saine vs zone défectueuse). Afin de valider le travail numérique, une partie expérimentale a été réalisée durant ce travail de thèse en Iran, dans l’entreprise partenaire, CanHood et à l’université des Sciences et Technologie d’Iran.Les essais expérimentaux réalisés sont des essais de traction uni axiale, des essais biaxiaux ainsi que des essais Nakajima. Une méthode de corrélation d’images numérique est utilisée pour la mesure des déformations. Les textures expérimentales sont mesurées à l’aide la méthode de diffraction aux rayons X pour plusieurs trajets de déformations.Finalement, les résultats expérimentaux sont en accord avec les résultats numériques et la littérature pour les deux matériaux étudiés.

This thesis deals with the numerical and experimental determination of Forming Limit Diagram (FLD)for FCC (Aluminum Al6106) and BCC (St14 mild steel) materials. A Marciniak and Kuczynski (1967)model is used to obtain the FLD using two kinds of tests.The first one is based on the Marciniak-Kuczynski (M-K) model implemented in a FEM modeling ofbiaxial test including an initial band with reduced thickness. The second approach is based on a FEMsimulation of the Nakajima test. In the Nakajima test, different strain paths can be obtained bystretching different width size specimens in order to build complete FLD. The predicted FLD is thenapplied to an industrial case: the deep drawing simulation. CPFEM simulation for the M-K biaxialtraction test is also performed. Simulations show that the predicted textures depend on thecrystallographic structures, strain path and the localization in the metal sheet (safe zone versusdefect zone).Several experimental tests were conducted in order to validate the predicted numerical results inIran (CanHood Home Appliances Company and University of Tehran). Uniaxial, biaxial and Nakajimatests for FCC and BCC are done. The DIC technique is used for strain measurement. The developmentof crystallographic texture evolution during the tests is captured with XRD technique for several strainpaths.A relative good correlation between literature, numerical and experimental tests for FCC and BCCmaterials is obtained.