Precision tube production : influencing the eccentricity, residual stresses and texture developments : experiments and multiscale simulation

by Farzad Foadian

Doctoral thesis in Physique

Under the supervision of Adèle Carradó and Heinz Palkowski.

defended on 09-02-2018

in Strasbourg and the jointly supervising institution Technische Universität Clausthal (Allemagne) , under the authority of École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) , in a partnership with Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) (laboratoire) .

Thesis committee President: Karl-Heinz Spitzer.

Thesis committee members: Volker Wesling.

Examiners: Birgit Awiszus, A. Erman Tekkaya.

keywords

• Eccentricity
• Residual stresses
• Texture
• Multiscale simulation
• FEM
• DFT
• MEAM
• MD
• DD
• CP
• Tube
• EBSD
• Neutron diffraction
• Synchrotron diffraction
• Tilting
• Shifting

Abstract

The main and foremost aim of this work was to optimize the standard tube drawing process in a way that the eccentricity can be controlled, which can be the reduction or increase of eccentricity. For this reason, tilting and/or shifting was introduced to the die and/or tube, respectively. Different tubes of varied materials, such as copper, aluminum, brass, and steel with different dimensions were investigated by various tilting angles, shifting values, or combination of tilting and shifting and their effect on the eccentricity was analyzed. Along influencing and controlling the eccentricity, the evolution of the residual stresses and texture due to the introduced tilting and /or shifting were investigated. The other aim of this work was to develop a universal FEM model, which can get the required or desired input parameters, which can be material-related or process related or both, and perform the simulation of the user-defined metal forming process and therewith analyze more complex situations. In this regard, a simulation model was developed using a multiscale simulation method with Integrated Computational Material Engineering approach.

keywords

• Excentricité
• Contraintes résiduelles
• Texture
• Simulation multi-échelle
• FEM
• DFT
• MEAM
• MD
• DD
• CP
• Tube
• EBSD
• Diffraction neutronique
• Diffraction synchrotron
• Inclinaison
• Décalage
• Tubes -- Propriétés mécaniques -- Simulation, Méthodes de
• Contraintes résiduelles
• Étirage (travail des métaux)
• Matériaux -- Texture

Alternative Title

Production de tubes de précision : influence de l'excentricité, des contraintes résiduelles et de l’évolution de la texture : expériences et simulation multi-échelle

Abstract

Le but principal de ce travail était d'optimiser le processus standard d'étirage des tubes de manière à contrôler l'excentricité, qui peut être la réduction ou l'augmentation de l'excentricité. Pour cette raison, l'inclinaison et / ou le déplacement ont été introduits respectivement dans le matrice et / ou le tube. Plusieurs tubes de matériaux différents - tels que le cuivre, l'aluminium, le laiton et l'acier - de différentes dimensions ont été étudiés. L’effet sur l'excentricité a été analysé en utilisant divers angles d'inclinaison, valeurs de déplacement ou combinaison d'inclinaison et de décalage. Tout en influençant et en contrôlant l'excentricité, l'évolution des contraintes résiduelles et de la texture due à l'inclinaison et / ou au décalage introduits ont été étudiées. L'autre objectif de ce travail était de développer un modèle FEM universel, afin d'obtenir les paramètres d'entrée requis, liés au matériau ou au processus ou aux deux. Ce modèle FEM a été utilisé pour accomplir la simulation du processus de formage du métal défini par l'utilisateur et pour analyser des situations plus complexes. À cet égard, un modèle de simulation multi-échelle a été développé à l'aide d'une méthode de simulation multi-échelle avec l'approche Integrated Computational Material Engineering.