Présentation
Auteur(s)
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Alain LE FLOC’H : Ingénieur CNAM - Responsable du laboratoire de simulation plasticine au Centre de mise en forme des matériaux (CEMEF) - École nationale supérieure des mines de Paris
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Suzanne JACOMET : Technicienne du laboratoire de simulation plasticine au Centre de mise en forme des matériaux - École nationale supérieure des mines de Paris
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Lire l’articleINTRODUCTION
La simulation physique des procédés de mise en forme s’inscrit dans une pratique relativement ancienne d’étude de phénomènes complexes : elle consiste à étudier ou à mesurer un phénomène physique par l’intermédiaire d’un autre plus simple ou moins coûteux à observer et présentant suffisamment d’analogies avec ce phénomène. Un exemple bien connu est celui de la mécanique des fluides où des essais en soufflerie pourraient être avantageusement remplacés par des essais sur circuits électriques. Citons également la diffusion de la chaleur dans un corps qui était étudiée par des mesures de potentiel électrique : la loi de diffusion de la chaleur (loi de Fourier) ayant la même expression mathématique que la loi de Laplace de circulation du courant électrique, il existe donc une similitude entre température et potentiel électrique.
Dans l’étude des procédés de mise en forme, le matériau, généralement métallique, est remplacé le plus souvent par une pâte à modeler.
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Définition des conditions de simulation1. Description du procédé
1.1 Principe
Le principe est simple : dans l’étude des déformations plastiques, on remplace le matériau à étudier par un matériau « modèle » se déformant de la même manière et pouvant, éventuellement, être marqué afin de pouvoir suivre ses déformations. Dans les applications simples, on ne marque pas le produit, on se contente d’observer sa forme et / ou de mesurer les efforts de formage (conception d’outillage en forgeage, en filage).
Les avantages sont nombreux : le marquage en volume doit être observé aux différentes étapes de la déformation, en réalisant sur l’échantillon de simulation les sections que l’on veut analyser. Par contre, le marquage des surfaces libres peut être observé durant tout le processus de déformation. Le fait de « visualiser » les déformations donne à cette technique un caractère pédagogique et opérationnel évident ; la visualisation des déformations peut être qualitative ou quantitative suivant le type de marquage utilisé. La facilité de marquage du matériau modèle constitue l’un des avantages majeurs de la simulation.
La géométrie initiale des différents éléments (outillages et matériau déformé) doit être identique, à une homothétie, près à la géométrie du processus simulé : l’échelle de la simulation peut être choisie en fonction des phénomènes à observer ou de contingences techniques et / ou économiques (dilatation, contraction).
Les grandeurs mécaniques (forces, couple, pression...) mesurées au cours d’une simulation permettent le calcul des valeurs réelles grâce à des coefficients de similitude.
Les forces et les contraintes mises en jeu lors de ces simulations sont en général très inférieures aux forces et aux contraintes réelles : les outillages et les maquettes de simulation sont donc beaucoup moins sollicités que les outillages et machines réels et, donc, à la fois, plus faciles à mettre en œuvre et moins coûteux.
Cette technique très générale est applicable et appliquée à un grand nombre de procédés de mise en forme des matériaux (laminage, forgeage, filage, étirage, coulée continue), mais également en géophysique. Elle a quelques limites, avec notamment la difficulté de simuler les phénomènes thermiques. Mais...
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