Contribution to the study and simulation of the hydroforming process
Contribution à l'étude et la simulation du procédé l'hydroformage
Résumé
The hydroforming process consists in plastically deforming a work piece by the combined action of a pressurized liquid and a rigid die. The present work aims at contributing to the modelling of this process. This contribution concerns three items: Material characterisation, necking prediction and the development of specific numerical algorithms for this process. - The experimental identification of hardening curves at large deformations is necessary in order to avoid inappropriate extrapolations during numerical simulation. To this end, a circular bulge test using a homogeneous analysis model has been developed. Very satisfactory results have been got thanks to the local measurement of sheet curvature radius. - The prediction of necking during hydroforming operation is crucial for the process control. In this optic, the Modified Maximum Force Criterion has been deeply studied. We have demonstrated that the local shape of the yield surface is the most influencing factor on the model prediction. The strain path dependency of the FLC has been also approached and the usefulness of the definition of the FLC within the equivalent strain space has been underlined. Finally, we proposed a model including the strain rate sensitivity effect. The confrontation with experimental FLCs has shown an improving in the model prediction. - The third aspect has dealt with numerical modelling. In one side, an implicit schema based on iteratively mesh updating and taking into account the domain derivatives has been tested. The results have shown the second order influence of domain derivatives and an improving of volume conservation. On the other side, it is well known that some ductile materials can present a certain deformation potential beyond the pick pressure (usually considered as the limiting point). For a correct simulation of such behaviour, we have developed several variants of the continuation method. Based on prediction-correction technique, these methods enable to go over the pick pressure which still insurmountable point for the standard pressure control method.
Le procédé d'hydroformage repose sur la déformation plastique d'une forme première (tôle, tube) sous l'action combinée d'un fluide sous pression et d'un outil rigide. L'objet de ces travaux est de contribuer à la modélisation de ce procédé. Cette contribution s'articule autour de trois problématiques essentielles: la caractérisation rhéologique, la prédiction des défauts de striction et le développement d'algorithmes adaptés à la simulation de l'hydroformage. - L'identification expérimentale des courbes d'écrouissage en grandes déformations est nécessaire afin d'éviter toute extrapolation intempestive au cours d'une simulation numérique. A cet effet, un essai de gonflage circulaire, analysé selon un modèle homogène, a été mis en place. Des résultats très satisfaisants ont pu ainsi être obtenus grâce notamment à la mesure locale du rayon de courbure de la tôle. - La prédiction de la striction au cours de l'opération d'hydroformage est essentielle pour la maîtrise de ce procédé. Dans cette optique, le Critère de Force Maximum Modifié a fait l'objet d'une étude détaillée. Il a été démontré que la forme locale de la surface de charge constitue le facteur le plus influant sur les prédictions du modèle. Le problème de la dépendance de la CLF au trajet a été également abordé, nous avons pu mettre l'accent sur l'utilité d'une représentation des CLF dans l'espace des déformations équivalentes afin de s'affranchir de cette dépendance. Enfin, nous avons proposé un modèle intégrant l'effet de la sensibilité à la vitesse de déformation. La confrontation avec les résultats expérimentaux de tôles en acier a montré une amélioration des prédictions mais le modèle reste relativement conservatif. - Le troisième volet a concerné la modélisation numérique. D'une part, un schéma d'intégration implicite reposant sur une actualisation itérative du maillage et tenant compte des dérivées du domaine a pu être testé. Les résultats ont montré la faible influence des dérivées du domaine. En revanche, l'actualisation itérative semble améliorer la conservation du volume. D'autre part, il est bien établi que certains matériaux peuvent présenter un potentiel de déformation au-delà du pic de pression. Pour une simulation correcte de ce potentiel de déformation, nous avons développé plusieurs variantes de la méthode de continuation. Reposant sur une technique de prédiction-correction, ces méthodes ont permis de dépasser le pic qui reste un point infranchissables pour la méthode conventionnelle de contrôle de pression.
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