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EnglishRÉSUMÉ
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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6. Optimisation déterministe et robuste d’une plaque carrée
Dans cet exemple, on résout le problème d’optimisation de la mise en forme d’une plaque carrée de deux manières différentes : une optimisation déterministe classique et une optimisation robuste afin de comparer les deux.
Le déroulement du procédé consiste à appliquer une pression interne notée P et une force de serrage pour éviter le plissement de la tôle. Cette contre pression fixée à 9 MPa est supposée déterministe. Ce procédé reste sensible aux fluctuations qui affecte la pression et aussi aux variations des paramètres matériaux, ainsi qu’aux paramètres géométriques de la plaque notamment son épaisseur initiale. Tenir compte de ces variabilités durant la phase d’optimisation peut apporter plus de robustesse au déroulement du procédé.
Ces paramètres présentent des aléas et des variations assez importantes, ce qui affecte la stabilité du procédé et crée des écarts importants au niveau des caractéristiques mécaniques finales. Ceci peut aussi être à l’origine de l’apparition des instabilités plastiques. La maîtrise du procédé passe par un ajustement des différents paramètres, ce qui permet de diminuer les variabilités spatiales et temporelles au niveau des réponses globales ou locales.
Les dimensions de la plaque sont de 30 x 30 mm et d’épaisseur initiale de 1 mm. Le modèle éléments finis de la plaque est donné par la figure 59 ; cette plaque est maillée avec 1 600 éléments quadrangulaire de type S4R et 1 608 éléments triangulaires de type S3R de la bibliothèque Abaqus/Explicit.
Le procédé d’hydroformage de cette plaque consiste à appliquer une pression interne permettant l’expansion de la pièce. Les conditions aux limites de ce problème consistent à fixer les bords de la plaque et à appliquer un serrage sur la partie maillée par des éléments triangulaires permettant la fixation de la plaque.
Pour la mise en forme, une pression interne est appliquée sur la plaque représentée par son amplitude D. La localisation de la déformation est souvent concentrée au niveau du pôle. La deuxième variable d’optimisation est l’épaisseur initiale de la plaque, le phénomène de striction est directement lié à l’épaisseur. Le couple (P,...
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Optimisation déterministe et robuste d’une plaque carrée
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RADI (B.), EL HAMI (A.) - Mise en forme des matériaux : emboutissage, hydroformage et fabrication additive. - ISTE, Londres (2017).
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(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).
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(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 Forming,...
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