Caractérisation expérimentale et prédiction de la formabilité d'un alliage d'aluminium en fonction de la température et de la vitesse de déformation

摘要

Les procédés de mise en forme de tôles minces sont très largement répandus dans l industrie. Néanmoins, l utilisation de ces procédés est limitée par le niveau de formabilité du matériau formé, notamment dans le cas des alliages d aluminium. Afin d améliorer ces limites de formabilité, des procédés de mise en forme à chaud peuvent être envisagés. L objectif de cette thèse est d étudier à l aide d approches expérimentale et numérique l effet de la température et de la vitesse de déformation sur la formabilité des tôles en alliage d aluminium AA5086 et de proposer une modélisation capable de prédire ces effets. Une campagne d essais a été réalisée sur ce matériau à partir d un essai d emboutissage de type Marciniak. Des courbes limites de formage (CLF) ont été établies sur une plage de température allant de l ambiant jusqu à 200C et pour des vitesses de déformation allant du quasi-statique à 2s-1. Des effets, positif de la température et négatif de la vitesse de déformation sur la formabilité ont été mis en évidence. La prise en compte des effets de la température et de la vitesse de déformation dans les modèles prédictifs des CLF, qu ils soient analytiques ou numériques, est à ce jour très limitée. Dans ce travail, un modèle numérique prédictif basé sur la simulation par éléments finis du modèle géométrique de Marciniak et Kuczynski (M-K) est proposé. Les déformations limites obtenues avec de ce modèle sont très sensibles à la description du comportement thermo-viscoplastique du matériau et à la calibration du défaut géométrique pilotant l apparition de la striction dans le modèle M-K. Des essais de traction uniaxiale réalisés dans les mêmes conditions opératoires que les essais de mise en forme de Marciniak ont permis d identifier des lois d écrouissage de nature très différentes (rigidifiante, saturante ou mixte). Ces lois conduisent à des prédictions très différentes de la formabilité du matériau pour une valeur donnée du défaut géométrique du modèle EF M-K. Différentes stratégies de calibration de la taille de ce défaut initial ont été envisagées. L utilisation du point expérimental de la CLF correspondant à des conditions de déformation plane permet de calibrer de manière satisfaisante la valeur de ce défaut. Cette procédure de calibration a été appliquée pour l ensemble des lois identifiées. Les lois de nature rigidifiante de type Ludwick se sont montrées les plus effficaces alors que les lois saturante de type Voce se sont avérées incapables de prédire la formabilité du matériau pour certaines conditions opératoires. Finalement, il est démontré qu une valeur constante du défaut géométrique ne peut être retenue pour l ensemble des conditions opératoires étudiées même si le modèle M-K s est avéré assez efficace pour représenter l effet de la température plutôt que celui de la vitesse de déformation.