Modélisation de lois de comportement pour le micro-formage de tôles ultra-fines

Modelisation of behavior laws for the micro-forming of ultra-thin sheets

• Auteur / Autrice : Stéphanie Thuillet
• Direction : Pierre Yves Manach, Fabrice Richard, Sébastien Thibaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 03/03/2023
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme (Bretagne ; 2016-....) - Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Laurent Tabourot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Pilvin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tudor Balan, Laurence Giraud-Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Plasticité

Alliages

Modèles mathématiques

Travail de la tôle

Mots clés libres

Alliages cuivreux

Micro-formage incrémental

Plasticité non-associée

Écrouissage mixte

Copper alloys

Micro forming process

Mixed hardening

Non-associated plasticity

Résumé

La miniaturisation fait maintenant partie intégrante des problématiques actuelles de notre société. Afin de combler l'attente des industries demandeuses de plus en plus de composants de petites tailles, tout en respectant des délais de fabrication courts, les procédés par déformation plastique se sont révélés être les plus efficaces. Pour éviter de nombreux tests expérimentaux la simulation de ces procédés est une alternative importante. L'objectif de cette thèse vise à la définition d'une loi de comportement dédiée aux tôles ultra-fines d'alliages cuivreux présents dans les industries et en particulier l'horlogerie. Une campagne expérimentale est ainsi menée dans le but d'observer le comportement de tôles en cuivre de 0,25 mm d'épaisseur et d'un alliage de cuivre béryllium de 0,20 mm d'épaisseur. La caractérisation microstructurale permet de valider le cadre des tôles ultra-fines grâce à l'étude du nombre et de la taille des grains dans l'épaisseur. Les tests expérimentaux mettent quant à eux en avant le comportement isotrope du cuivre, le CuBe possède pour sa part un comportement anisotrope et une prédominance d'écrouissage cinématique. En relation avec les observations expérimentales, deux modèles utilisant une loi élastoviscoplastique sont proposés et comparés, un dans le cadre de la plasticité associée et l'autre employant la plasticité non-associée. Ces modèles prennent notamment en compte un écrouissage mixte. Les paramètres matériaux sont ensuite identifiés à l'aide d'un algorithme de minimisation. Les différentes analyses sur les méthodes de simulations et d'identification indiquent que le modèle de plasticité non-associée est le plus adapté. Des simulations et identifications sur des éléments de volume représentatifs sont suffisantes dans notre cas. Enfin différents procédés de mise en forme sont étudiés et simulés grâce à l'implémentation de la loi de comportement proposée dans un code de calcul par la méthode des éléments finis. Ils mettent en évidence le développement du modèle proposé permettant de prendre en compte un écrouissage mixte. Ce modèle peut donc être utilisé pour la simulation de procédés de mise en forme de tôles ultra-fines d'alliages cuivreux de petites dimensions sous sollicitations complexes

Miniaturization is now an integral part of the current issues of our society. To meet industries expectation which are looking for more small-sized components with shorter manufacturing deadlines, plastic deformation processes have proven to be the most effective. To avoid a lot of experimental tests, simulation of these processes is an important alternative. The goal of this thesis is to define a behaviour law dedicated to ultra-thin sheets of copper alloys which are present in industries and particularly in the watchmaking industry. An experimental campaign is thus carried out to notice the behaviour of a of 0,25 mm thick copper sheet and of a 0,20 mm thick copper beryllium alloy. The micro-structural characterisation makes it possible to validate the framework of ultra-thin sheets thanks to the study of the number and size of the grains in the thickness. Experimental tests highlight the isotropic behaviour of copper. The CuBe has an anisotropic behaviour and a predominance of kinematic work hardening. Regarding to the experimental observations, two models using an elastoviscoplastic law are proposed and compared, one within the framework of associated plasticity and the other employing non-associated plasticity. These models especially take into account a mixed work hardening. Material parameters are then identified using a minimisation algorithm. The different analyses on the simulation and identification methods indicate that the non-associated plasticity model is the most suitable. Simulations and identifications on representative volume elements are sufficient in our case. Finally, the several forming processes are studied and simulated thanks to the implementation of behaviour laws in a computer code by the finite element method. They highlight the development of the proposed model allowing to take into account a mixed work hardening. This model can therefore be used for the simulation of forming processes of ultra-thin sheets, especially of small-sized copper alloys under complex stresses.