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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou Faculté du Génie de la Construction Département de Génie Mécanique Optimisation des procédés de mise en forme. Application à l’emboutissage. Présenté et soutenu publiquement le 31 octobre 2011 en vue de l’obtention du diplôme de Master Académique en Génie Mécanique option : Sciences Des Matériaux Par DERMOUCHE TASSADIT Devant le jury composé de : PROMOTION 2010/2011 FERHOUM ALMANSBA HACHOUR DJIRIDI Président Directeur de mémoire Examinateur Examinateur Rabah Madjid KAMEL RACHID REMERCIMENTS je tient à remercier tons ceux qui ont contribué de Près ou de loi, à la réalisation de ce modeste travail. En Premier lieu, je remercie « Dieu » qui m’a donné le courage et la Patience Pour accomplir mon travail. En second, je remercie les Personnes qui m’ont épaulé Pour la réalisation de ce travail. Toute ma gratitude et mes plus vifs remerciements, vont à monsieur M.ALMANSBA, pour m’avoir encadré. Je tiens particulièrement à remercier également monsieur M.OULD OUALI, pour m’avoir initié au code de calcul par éléments finis ; ABAQUS. Je remercie également tous les membres du jury, qui vont honorer par leur présence et leur jugement, la soutenance de ce Mémoire. Enfin, mes remerciements sont destinés aux étudiants de la faculté de Génie mécanique pour leurs épaulements et leurs encouragements . DEDICACES Je dédie ce modeste travail à : Ma mère Pour toi ma maman qui a veillé sur moi jour et nuit, toujours présente à mes cotés De puis ma naissance et durant toutes les années scolaires, grâce a toi, à tes sacrifices que je suis arrivé ici aujourd’hui. Cette réussite elle est dédie a toi ma chère maman. Mon père Je te dédie ma réussite et je te remercie de m’avoir aidé pour arriver à cette hauteur, grâce a tes conseils que mon chemin était clair. Mes sœurs et mes frère je vous dédie mon travail et je vous remercie pour votre aide et votre patience. Mon entourage A tous ceux qui m’on aider de prés ou de loin, avec un geste ou un mot d’encouragement je leur suis très reconnaissante. Tassadit Liste des notations et des symboles  : Déformation totale : Déformation élastique : Déformation élastique  n : La normale à la surface  : Contrainte I : Tenseur identité : multiplicateur plastique : Fonction de la surface de charge  V : La vitesse : Contrainte équivalente : La limite d’écoulement Partie hydrostatique de X : Le tenseur d'écrouissage cinématique La variable d’endommagement La surface résultant des défauts S : La surface total à la normale  n  : La densité du matériau V : le volume du domaine : Force volumique : Forces surfacique « f » : Fraction volumique des cavités f* : La fonction de porosité fictive δ : représente l’accélération de la croissance de porosité : La fraction volumique critique de vides : La valeur ultime de = La fraction volumique de vides lors de la rupture finale : Représente à l’instant «t », le volume total de la matrice avec les cavités : Le volume des cavités : Le volume de la matrice sans cavités : Fonction de charge Liste des notations et des symboles (U) : Le vecteur champ de déplacement : Champ d’accélération Champ de vitesse δ : Champ de vitesses virtuelles : Puissance des efforts extérieurs : Puissance des efforts intérieurs : Puissance des efforts d’accélération : La matrice des fonctions d’interpolations du nœud «N » de l’élément «e » : Le vecteur déplacement du nœud. δ : Le vecteur déplacement virtuel : Le vecteur global des déplacements virtuels cinématiques : La matrice des fonctions d’interpolations du nœud «N» de l’élément «e » : La matrice masse cohérente : Le vecteur des efforts intérieurs : Le vecteur des efforts intérieurs : La matrice déformation-déplacement : La fonctionnelle élémentaire : Matrice tangente du système linéaire M : Matrice de masse : Coefficient de frottement : Coefficients de lame E : Le module de Young u : Coefficient de poisson R (U) : Le résidu global { } : Vecteur [ ] : Matrice (:) : produit doublement contracté Liste des figures Figure I. 1 : Schématisation d’une opération de formage………………………………. Figure I.2: Le principe de matriçage………………………………………………..…... Figure I.3 : Le principe de l’estampage………………………………...………………. Figure I.4 : procédé de laminage………………………………………………………………. Figure I.5: opération d’extrusion…………………………………………………………. Figure I.6 : Pièces obtenues par extrusion……………………………………........ Figure I.7 : Schématisation d’un outil de découpage de tôles minces……………………… Figure 1.8 : Représentation de la forme générale de la courbe effort/ déplacement …..….… Figure I.9: procédé de pliage.……………………………………………...…………....... Figure I.10 : a) Pliage en V ; b) Pliage en l’air…………………………………….. Figure I.11 : a) Pliage en frappe ; b) Pliage en tombé de bord…………………….. Figure I.12 : Exemples des pièces obtenues par hydroformage…………………………….. Figure I.13 : Principe du procédé d’hydroformage des tubes …………………………….. Figure I.14: Principe d’hydroformage des flans simple…………………………………… Figure I.15: Principaux modes de défaillances (Flambage, Plissement et Rupture) …..….. Figure I.16 : procédé d’emboutissage……………………………………………………....... Figure I-17 : Plan schématique d'un outillage d'emboutissage……………………………… Figure I.18 : Les différentes phases de l’emboutissage…………………………… Figure I.19 : Pièces obtenues par emboutissage – a) petites pièces – b) pièces de gros volume…………………………………………………………………………… Figure I.20 : Modes de déformation dans le cas de l'emboutissage d'une pièce de révolution.…………………………………………………………………………………… Figure I.21: Deux modes principaux de déformation en emboutissage………………...... Figure I.22 : Illustration de différents défauts rencontrés en emboutissage, a)formation de plis, b) défonçage de la pièce, c) formation des cornes d’anisotropie ………………………. Figure 1.23. Exemple de déformées obtenues à la fin puis après l’étape d’emboutissage (simulation par éléments finis) d’une géométrie en « Oméga »………………………….. Figure I.24 : le retour élastique après l’emboutissage……………………………………. Figure 1.25. Striction sur une tôle épaisse (en haut) et très mince (en bas)……………… Figure 1.26. Rupture sans formation de plis (à gauche : effort de serrage élevé) et avec formation de plis (à droite : effort de serrage faible)……………………………………... Figure II.1 : Représentation de l’écrouissage isotrope ……………………………….….. 2 3 4 5 6 6 7 8 9 9 9 10 11 11 12 13 14 16 16 17 18 19 20 21 22 23 27 Liste des figures Figure II.2 : (1) représentation de l’écrouissage cinématique linéaire de Prager dans le plan des contraintes principales, et en traction/compression uni-axiales(2)………. Figure II.3 : Faciès de rupture d’un acier………………………………………………… Figure 1I.4 : Germination de l’inclusion par a) rupture b) décohésion inclusion/matrice………………………………………………………………………….. Figure II.5: Croissance des cavités………………………………………………………. Figure II.6: Coalescence des cavités……………………………………………………... Figure II.7 : Réponse schématique d’une éprouvette à un essai de traction uniaxiale ([Mariage03])……………………………………………………………………………… Figure II .8: Coupe d’un élément endommagé…………………………………………... Figure III.1 : conditions aux limites……………………………………………… Figure III.2 : Discrétisation du domaine C………………………………………………. Figure III.3: L’interface d’Abaqus/Cae………………………………………………… Figure IV. 1 : courbe expérimentale Contrainte-Déformation pour l’Aluminium [Khe04]…………………………………………………………………………….. Figure IV.2: schématisation de l’élément de volume représentatif (EVR)……….. Figure IV.3 : Superposition de la courbe expérimentale et numérique de la Contrainte- ..Déformation………………………………………………………………………………. Figure IV .4 : Schématisation de l'essai d'emboutissage de Swift………………………... Figure IV.5 dimensions de l'outillage et du flan…………………………………………. Figure VI.6 : représentation des conditions aux limites………………………………… Figure IV.7 : courbe numérique effort du poinçon – déplacement du poinçon…………. Figure IV.8 : Isovaleurs de la contrainte équivalente et l’endommagement pour certains déplacements du poinçon (Al)……………………………………………. Figure IV.9 : Initiation de la rupture sur l'embouti (Al)…………………………... Figure IV.10 : Evolution de la force d'emboutissage en fonction du déplacement du poinçon [khe04]………………………………………………………………... 28 30 31 32 33 34 36 38 39 45 49 50 52 53 54 55 56 57 58 58 Sommaire I. Procédés de mise en forme I.1 Introduction ……………………………………………………………............................ I.2. procédés de mies en forme………………………………………………………………. I.3 Différents procédés de mise en forme par déformation plastique ……………………….. I.3.1 travaille des métaux à l’état massif………………………… …………………….. I.3.1.1. Matriçage …………………………………………………………………… I.3.1.2. L’estampage……………………………………………….... ………………. I.3.1.3. Laminage ………………………………………….………………………… I.3.1.4. L’extrusion …………………………………….…………………………….. I.3.2 travaille des métaux à l’état feuilles…………………………………………………. I.3.2.1. Le découpage……………………………………...…………………………. I. 3.2.2. Le pliage ……………………………………………………………………. I.3.2 .3 Hydroformage ………………………….……………………………………. I.3.2.4. Emboutissage …………………………………………………..………… 1. définition et principe ……………………………………………………. 2. Les outils………………………………………………………………… 3. L’emboutissage en température ………………………………………… 4. Les différentes phases de l’emboutissage……………………………………............. 5. Principaux modes de déformation en emboutissage………………………… 6. Les principaux défauts des pièces embouties …………………………………. 7. Les avantages et les inconvénients de l’emboutissage……………………. I.4 Conclusion……………………………………………………………………………….. II. Comportement élastoplastique couplée à l’endommagement II.1 Introduction …………………………………………………………………………….. II.2.lois de comportement……………………………………………………………………. II.2.1. lois de comportement élastoplastique………………………………………………. II.2.2. Critères de plasticité :……………………………………………………………… II.2.3. Lois d’écrouissage ………………………………………………………………… II.3 Endommagement………………………………………………………………………… 1 1 2 2 2 3 4 5 7 7 8 10 13 13 14 14 15 17 18 23 24 25 25 25 26 26 29 II.3.1.Description de l’endommagement…………………………………………………. II.3.1.1 Endommagement différé …………………………………………………... II.3.1.2 Endommagement instantané …………………………………….……….. II.3.1.3 Rupture ductile d’une éprouvette ………………………………….……… II.4 Représentations mathématiques du dommage ductile ………………………………….. II.4.1 Définition de la variable d’endommagement ……………………………………… II.4.2 Modélisation de l’endommagement ductile ……………………………………….. 1 Le modèle de Gurson ……………………………………………………………….. II.4 Conclusion ……………………………………………………………………………… III. Implémentation numérique III.1 Introduction……………………………………………………………………………. III.2 Implémentation numérique……………………………………………………………... III .2.1 Discrétisation spatiale. Principe des puissances virtuelles (PPV) ………………. III.2.2 Discrétisation spatiale du P.T.V …………………………………………………. III.3 méthode de résolution ………………………………………………………………… III.3.1 Analyse statique implicite ((schéma de Newton-Raphson)) ……………………… III.3.2 Analyse dynamique uploads/Geographie/ dermouche-tassadit.pdf