Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Les trains arrières des véhicules des gammes citadines et compactes recourent de plus en plus à l'emploi de traverses dites déformables, intégrant de nombreuses fonctions liées au comportement du véhicule. Les composants de ces traverses sont obtenus par assemblage de nombreuses pièces soudées entre elles par le procédé MAG (Metal Active Gas). Compte tenu de l'importance du procédé de soudage vis-à-vis du cahier des charges du composant et des difficultés de mise au point de celui-ci, l'utilisation de la simulation numérique comme outil d'analyse et d'aide à la décision s'impose progressivement. L'application de la simulation numérique du soudage chez PSA Peugeot Citroën, dans le cas de la Citroën C3 de deuxième génération, est présentée dans cet article. Un effort important a été consacré au développement d'une méthodologie adaptée aux objectifs et simple dans sa mise en œuvre, permettant aujourd'hui à la simulation numérique d'apporter une réelle valeur ajoutée aux projets concernés par les procédés de soudage.
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Philippe BRISTIEL : Docteur ENSAM - Pilote Simulation des procédés de soudage et traitements thermiques chez PSA Peugeot-Citroën
INTRODUCTION
La traverse arrière est un composant essentiel du châssis d'une automobile, intégrant de nombreuses fonctions liées au comportement du véhicule. Sur la Citroën C3 de deuxième génération, cette traverse, de type déformable, est constituée de nombreuses pièces en tôles embouties et assemblées par soudage à l'arc. L'impact du procédé de soudage sur la géométrie et la tenue finale de la pièce complique lourdement la phase de mise au point du procédé et peut nécessiter plusieurs itérations avec le travail de conception. Les objectifs du groupe PSA Peugeot Citroën, en termes de réduction des délais et des coûts et d'augmentation de la qualité, plaident donc en faveur d'une approche numérique du procédé de soudage. Même si les logiciels ne permettent pas encore de modéliser toute la physique du procédé, la précision atteinte avec les approches simplifiées appliquées aujourd'hui s'avère déjà tout à fait satisfaisante, et la simulation numérique du soudage apparaît donc plus que jamais comme un outil précieux pour concilier et atteindre ces différents objectifs.
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Méthodologie de simulation numérique du procédé de soudage MAG
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1. Présentation du contexte industriel
Les trains arrière des automobiles des segments B et C, citadines et compactes, utilisent aujourd'hui couramment des traverses dites déformables ou semi-déformables qui permettent de réduire le coût et l'encombrement du train . Ces traverses présentent l'avantage d'intégrer de nombreuses fonctions en un seul composant : guidage, anti-devers, filtrage… (figure 1).
En contrepartie, la fabrication de ces traverses déformables recourt à un assemblage souvent complexe de nombreuses pièces par soudage par procédé MAG (Metal Active Gas).
À titre d'exemple, la traverse présentée dans cet article, montée sur la Citroën C3 deuxième génération, est composée d'une vingtaine de pièces dont l'assemblage nécessite au total près de cinq mètres de cordons.
Côté conception, l'influence du procédé de soudage sur la tenue mécanique du composant final, à travers les contraintes résiduelles ou les modifications microstructurales générées, est indéniable et nécessite de plus en plus souvent de petits ajustements sur la définition de la pièce ou sur le procédé de soudage pour respecter le cahier des charges en tenue mécanique.
Côté procédé, la mise au point de la gamme de soudage nécessite de nombreux essais pour arriver finalement à limiter les distorsions et respecter le cahier des charges géométrique du composant.
L'assemblage par soudage d'un composant aussi complexe s'avère donc couteux en essais de mise au point et de validation. De nombreuses itérations sont nécessaires avant d'arriver à un compromis satisfaisant.
Face à ces difficultés, la simulation numérique est considérée à juste titre comme un outil puissant qui doit permettre dans un avenir très proche d'apporter une aide sur les deux tableaux, conception de la pièce et du procédé de fabrication, pour réduire les temps de développement.
PSA...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TOUPET (S.) - Démarche de conception d'un train semi-déformable en avant-projet afin d'optimiser le compromis guidage-filtrage. - Revue Ingénieurs de l'automobile, no 763, p. 51-55, sept. 2003.
-
(2) - DUAN (Y.), BOITOUT (F.), LEBLOND (J.), BERGHEAU (J.-M.) - Simulation numérique du soudage de grandes structures par une approche locale/globale. - Revue Mécanique et Industries, no 9, p. 97-102 (2008).
-
(3) - DARCOURT (C.), ROELANDT (J.-M.), RACHIK (M.), DELOISON (D.), JOURNET (B.) - Simulation du soudage laser de structures aéronautiques. - Colloque National en calcul des structures, mai 2005 http://www.utc.fr/lrm/giens05/.
-
(4) - DENIS (S.), ARCHAMBAULT (P.), AUBRY (C.), MEY (A.), LOUIN (J.C.), SIMON (A.) - Modelling of phase transformation kinetics in steels and coupling with heat treatment residual stress predictions. - J. Phys. France, 9, p. 323-332 (1999).
-
(5) - GOLDAK (J.), CHAKRAVARTI (A.), BIBBY (M.) - A new finite element model for welding heat source. - Revue Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 15, no 2, p. 97-102, juin...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
JMatPro : logiciel de calcul de propriétés (thermiques, métallurgiques, mécaniques…) des aciers, fontes, alliages d'aluminium, titane… Site Internet de l'éditeur, Sente Software http://www.sentesoftware.co.uk/jmatpro.aspx
DANTE : librairie de routines couplées à ABAQUS pour la prise en compte des phénomènes métallurgiques http://www.deformationcontrol.com/dante_slide.htm
HAUT DE PAGE
http://hts.asminternational.org : site de l'ASM International/Heat Treating Society, avec livres, articles et informations diverses sur les traitements thermiques, les aciers et le soudage.
http://pastel.paristech.org/ : bibliothèque virtuelle des thèses soutenues dans les grandes écoles de Paris. Plusieurs thèses sur la simulation du soudage sont disponibles en téléchargement.
http://www.matweb.com : base de données en ligne sur les propriétés des matériaux.
http://mits.nims.go.jp/db_top_eng.htm : base de données en ligne sur les propriétés des matériaux, dont diagrammes TRC pour aciers soudage.
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