Contribution to the numerical simulation of sheet metal forming proceses - application to incremental sheet forming and superplastic forming.
Contribution à la simulation numérique des procédés de mise en forme - Application au formage incrémental et au formage superplastique
Résumé
The industrial transport industry is constantly trying to reduce the mass of structural components. In order to do this, many components become multifunctional and their geometries become very complex. When manufacturing these components, engineers use various optimization strategies, incorporating numerical modeling methods in order to take into account the design and manufacture steps. However, the simulation can be very time consuming. This work focus on the improvement of the numerical simulation of sheet metal forming processes for deep drawn components. Firstly, numerical methods have been developed to reduce the CPU time for the simulation of incremental sheet forming. A dynamic explicit scheme is use in which the velocity of the tool is varied. This method permits significant reduction of the CPU time, while maintaining good accuracy of the geometry and thickness.This work has also focused on the use of incremental deformation theory to reduce the calculation time far elasto-plastic analyses. Accuracy is maintained however a lime gain of only 4.5% is achieved. In addition, a simplified approach has been developed to model the contact between the toot and the sheet. Good accuracy is observed with a reduction of the CPU by a factor of 2.13 compared with the variable tool velocity approach. Secondly, a study of the manufacturing of deep drawn parts by superplastic forming has been undertaken. This is because in the future it is expected that bath of these processes will be used to form one part, in sequential operations. The aim was to determine an optimal pressure law by numerical simulation. Two algorithms have been developed. The appropriate algorithm to use depends on the type of forming machine available. The superplastic domain is well controlled with the algorithms developed. A reduction of the CPU time by a factor of 3 is observed in comparison with other algorithms found in the literature.
L'allègement de la masse des structures est au cœur des développements des industries du transport. Pour y parvenir, les pièces intègrent de plus en plus de fonctions, leurs géométries deviennent alors très complexes. Pour réaliser ces produits, les industriels ont recours à des stratégies d'optimisation utilisant des méta-modèles numériques prenant en compte l'enchaînement des étapes de conception et de fabrication des pièces. Cependant les temps de simulation sont encore très élevés. Ces travaux se sont intéressés à l'amélioration des protocoles de simulation numérique de procédés de mise en forme d'emboutis profonds. Dans un premier temps, ils ont permis de développer des méthodes numériques pour diminuer les temps de simulation du procédé de formage incrémental. Un schéma de résolution en dynamique explicite est utilisé avec une vitesse de l'outil adaptée. Cette méthode à permis de réduire significativement le temps CPU, tout en conservant une bonne prédiction des géométries et des épaisseurs. Les travaux se sont également intéressés à l'utilisation de la théorie de la déformation incrémentale pour diminuer le temps de résolution du calcul élasto-plastique. De bons résultats sont observés mais le gain de temps est faible (4.5%). Une approche simplifiée du contact a également été développée. De bons résultats sont obtenus avec un gain de temps d'un facteur 2.13 en comparaison de celui obtenu avec une vitesse adaptée. Dans un deuxième temps, une étude sur la réalisation d'emboutis profonds par formage superplastique a été menée de manière à pouvoir à terme enchaîner les deux procédés. Elle a porté sur la détermination d'une loi de pression optimale. Deux algorithmes ont été développés en fonction du protocole pour entrer la loi de pression dans les machines industrielles. Les algorithmes développés permettent un bon contrôle du domaine superplastique. Un temps de calcul réduit d'un facteur 3 est observé, en comparaison avec des méthodes issues de la littérature.
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