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RÉSUMÉ
L’hydroformage est utilisé dans différentes industries. Dans des conditions réelles, différents paramètres (propriétés matériaux, dimensions, etc.) présentent des aléas qui affectent sa stabilité. Dans cet article, l’optimisation de ce procédé est abordée avec la prise en compte des incertitudes. Cet article enseigne que l’approche probabiliste est efficace et diminue la probabilité de défaillance. La difficulté est liée à la considération des contraintes fiabilistes qui imposent d’énormes efforts de calcul et engendrent des problèmes numériques. Des métamodèles sont utilisés pour contourner ces difficultés. Au final, deux méthodes d’optimisation fiabiliste et robuste sont proposées.
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Abdelkhalak EL HAMI : Professeur des Universités, Laboratoire de Mécanique de Normandie (LMN) INSA, Rouen-Normandie, France
INTRODUCTION
Le procédé de mise en forme par hydroformage fait intervenir plusieurs phénomènes complexes et présente plusieurs types de non-linéarités (géométrique, loi de comportement, etc.). L'optimisation d’une opération d’hydroformage nécessite beaucoup d’essais afin de déterminer d’une manière précise les trajets de chargements optimaux et d'obtenir une pièce sans défaut. Les progrès réalisés au niveau des outils numériques ont permis aux industriels de simuler et d’optimiser leurs moyens de production avant le lancement de la fabrication, dans le but de minimiser au maximum le taux de pièces défaillantes [M3185]. Cette approche est justifié tant par la multitude des paramètres à contrôler que par le coût exorbitant d’un essai réel. Plusieurs techniques ont été proposées ces dix dernières années, afin de bien mener une opération de mise en forme [M3000] [M3002].
La majorité de ces techniques combinent la méthode des éléments finis et des démarches d’optimisation. Avec ces moyens, les industriels peuvent simuler virtuellement leurs procédés, ce qui permet d’apporter une réponse à certaines questions, principalement sur la faisabilité de la pièce et aussi sur l’aptitude du trajet de chargement à la forme correctement [BM7518]. Ce couplage permet souvent une nette amélioration. Cependant, il ne permet pas d’assurer la stabilité du procédé et n’exclut pas l’apparition de certains types d’instabilités plastiques lors de la fabrication, étant donné qu’il y a plusieurs sources d’incertitudes liées au matériau, aux chargements, à la presse et aussi à l’opérateur.
L’objectif de cet article est de tenir compte des incertitudes dans l’analyse et dans l’optimisation du procédé d’hydroformage, pour une meilleure stabilité de ce dernier. Cela entraîne une diminution importante des pièces défectueuses, par conséquent une bonne fiabilité du procédé et une gestion efficace du portefeuille industriel.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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KEYWORDS
optimization | global reliability | Failure probability | metal forming process | hydroforming
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7. Conclusion
Dans la mise en forme, la prise en compte d’incertitudes se fait souvent par la définition des coefficients de sécurité. Ceci engendre des coûts supplémentaires et n’assure ni la fiabilité ni la stabilité du procédé. La raison principale qui explique le recours à ce concept intuitif est l’absence d’une stratégie claire permettant d’accéder à l’évaluation de la probabilité de défaillance du procédé. L’évaluation de la fiabilité du procédé est souvent difficile compte tenu des non-linéarités du problème, des états limites implicites et de l’absence d’une caractérisation probabiliste des paramètres incertains. Dans cet article, on propose une stratégie innovante qui ne dépend pas du type du procédé ni du code éléments finis. Cette approche permet l’évaluation de la probabilité de défaillance susceptible d’apparaître en utilisant les métamodèles. Elle permet de dépasser les difficultés liées aux coefficients de sécurité et d’exploiter le domaine de formabilité ou de faisabilité au maximum.
Dans cet article, on s’est intéressé à l’optimisation du procédé d’hydroformage avec une approche fiabiliste et robuste permettant l’intégration d’incertitudes. Ces incertitudes ont été prises en compte sur les contraintes du problème, mais aussi sur les fonctions objectifs. Ceci nous a permis d’assurer un niveau de fiabilité cible du procédé et de minimiser le taux de rejets. La résolution de ce type de problème pose souvent des problèmes de convergence liés aux non-linéarités du problème. Ce couplage est souvent difficile à réaliser puisqu’il consiste à gérer deux problèmes complexes : la recherche de l’optimum et l’analyse fiabiliste de cet optimum. Pour contourner ces problèmes, une technique de surface de réponse est utilisée pour approximer les fonctions objectives ainsi que les contraintes. La résolution du problème est réalisée d’une manière séquentielle, qui consiste à chercher l’optimum et à estimer sa fiabilité en une seule itération. Ces approches permettent, en effet, de donner une stabilité au procédé et de minimiser le risque d’apparition de certaines instabilités plastiques.
Quelques points n’ont pas été évoqués lors de cet article...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RADI (B.), EL HAMI (A.) - Mise en forme des matériaux : emboutissage, hydroformage et fabrication additive. - ISTE, Londres (2017).
-
(2) - ASNAFI (N.) - Analytical modelling of tube hydroforming. - In : Thin-walled structures, 34, p. 295-330 (2003).
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(3) - STRANO (M.), JIRATHEARANAT (S.), ALTAN (T.) - Adaptive FEM Simulation for Tube Hydroforming : a Geometry-Based Approach for Wrinkle Detection. - In : Manufacturing Technology, 50, p. 185-190 (2001).
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(4) - SHU-HUI (L.) et al - Loading path prediction for tube hydroforming process using a fuzzy control strategy. - In : Materials and design (2007).
-
(5) - JANSSON (T.), NILSSON (L.), MOSHFEGH (R.) - Reliability analysis of a sheet metal forming process using Monte Carlo analysis and metamodels. - In : Materials Processing Technology, 22.1 (2008).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Logiciel ANSYS :
Logiciel de calcul par éléments finis Abaqus :
Logiciel de simulation Autoform d'une pièce emboutie :
ESI PAM-STAMP :
https://www.esi-group.com/fr/solutions-logicielles/fabrication-virtuelle/formage-de-toles
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EDIAMEF, un outil TICE pour la formation par la recherche dans le domaine de la simulation de mise en forme des matériaux
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ESAFORM 2020 – 23rd International Conference on Material...
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