Numerical simulation of High Speed Nailing process to join dissimilar materials

Simulation numérique du procédé de clouage grande-vitesse pour l'assemblage de matériaux hybrides

Fabien Goldspiegel (1)

1 CEMEF - Centre de Mise en Forme des Matériaux

Lightweigthing structures using mixed material components have become one of the main target of automotive industry’s future. Among the joining processes under exploration, the present work focuses on High-Speed Nailing. Experimental campaigns are conducted under laboratory conditions on layers superposition made of cast aluminium, dual-phase steels DP780 and DP1180. Joining kinematics, sheets fracture modes, reaction the nail insertion and nailed-joint strengths are investigated in various conditions of experiment. Material models are chosen to account for the dynamic and fracture phenomena exhibit by materials in the joining stage. Mechanical tests are performed on nail and sheets materials under different strain-rates and stress-states and used as references for the calibration procedure. A finite element model of the joining stage is built; its sensitivity to mesh size, friction and material formulation is evaluated and its limitations captured by either inappropriate joining pressure setting or nail brittleness. After a new equilibrium is reached, the nailed-joint is tested through cross-tension and sheartension simulations to tackle the prediction of in-service properties.

L’industrie automobile suit une politique d’allègement via l’introduction de matériaux plus légers et plus diversifiés dans la structure du véhicule. Parmi les techniques d’assemblages envisagées, le présent document se focalise sur le procédé de clouage grandevitesse. Des essais d’assemblages ont été réalisés en laboratoire sur de l’aluminium de fonderie, de l’acier DP780 et DP1180. La cinématique d’assemblage, les modes de ruptures, la réaction des tôles et les propriétés de la liaison sont étudiés. Des modèles matériaux ont été choisis pour rendre compte des phénomènes dynamiques et de rupture des tôles pendant l’assemblage. Le clou et les tôles ont ensuite été caractérisés mécaniquement dans plusieurs conditions de chargements et utilisés pour la calibration des modèles. Un modèle par éléments finis du clouage est crée; ses sensibilitées aux variations de maillage, frottement et modèle matériau sont évaluées et ses limitations capturées, soit par une pression d’assemblage inadaptées soit par la fragilité du clou. Des simulations de traction-croix et traction-cisaillement permettent finalement l’estimation des propriétés mécaniques de la liaison.

Mots clés: High speed joining; High strain-rate; Ductile damage; Numerical simulation; Material modelling

Mots clés: Assemblage par déformation plastique; Grande vitesse; Rupture ductile; Simulation numérique; Modèle matériau

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Fabien Goldspiegel. Numerical simulation of High Speed Nailing process to join dissimilar materials. Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université Paris sciences et lettres, 2018. English. ⟨NNT : 2018PSLEM028⟩. ⟨tel-02352202⟩