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Modélisation numérique des distorsions post usinage pour les pièces aéronautiques en alliage d’aluminium : application aux parois minces / Computational modelling of post machining distortions of aluminium aeronautical parts : application to thin wallsRambaud, Pierrick 23 September 2019 (has links)
La fabrication de grandes pièces structurelles aéronautiques en alliage d’aluminium nécessite la réalisation de multiples étapes de mise en forme (laminage, matriçage, forgeage…), de traitements thermiques et usinage. Pendant ces étapes de fabrication, les différents chargements thermomécaniques subis par la pièce avant son usinage induisent des déformations plastiques ainsi que des modifications de la microstructure qui sont sources de contraintes résiduelles. A ces contraintes résiduelles issues de l’histoire thermomécanique de la pièce, viennent s’ajouter celles issues directement de l'étape d'usinage. En effet lors de cette étape jusqu’à 90% de la matière initiale d'une pièce peut être retirée en utilisant des conditions de coupe parfois sévères. Les pièces aéronautiques présentent parfois des géométries complexes avec des parois minces. Ainsi, pendant et à l’issue de l’usinage, la géométrie de la pièce usinée se trouve fortement modifiée et une redistribution des contraintes résiduelle est alors à l’œuvre. Ces contraintes résiduelles qu’elles soient héritées ou induites par le procédé, influencent fortement la géométrie finale obtenue et sont une des causes principales de non-conformité des pièces avec les tolérances dimensionnelles du produit fini. Engendrant une perte conséquente pour les industries manufacturières. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes concentrés sur la prise en compte de ces deux types de contraintes résiduelles dans un modèle numérique de prédiction des distorsions. Nous nous sommes uniquement focalisés sur les pièces en aluminium issues de l’aéronautique. Nous avons ainsi couplé des modèles numériques avancés d’immersion et de remaillage avec un logiciel industriel existant afin de proposer une nouvelle solution numérique, rapide et robuste. En se basant sur les hypothèses de la littérature nous avons décidé de simuler l’usinage comme un enlèvement de matière massif où la trajectoire de l’outil et les machine seront négligées. L’objectif numérique est donc de proposer une méthode qui puisse rendre compte de la redistribution des contraintes résiduelles au sein de la pièce. Chaque étape de la gamme d’usinage est ainsi représentée par une étape de remaillage où le « volume usiné » sera supprimé du maillage pour céder ensuite sa place à un calcul mécanique permettant de rendre compte de la réorganisation des contraintes et les déformations qu’elle induisent. Ce processus itératif, réalisé dans un environnement parallèle a nécessité de nombreux développements numériques. Ainsi une nouvelle stratégie de remaillage et de repartitionnement a été proposée pour pouvoir obtenir un maillage à même de capturer les contraintes résiduelles issues de l’usinage en proche surface ainsi que pour réduire de manière significative les temps de calcul liés aux modifications de la géométrie par la découpe. Un modèle d’élasticité linéaire simplifié a aussi été ajouté au programme pour réduire le coût numérique des calculs mécaniques et permettre de traiter des problèmes de taille plus conséquente sur des ordinateurs de puissance raisonnable. Afin de confirmer les résultats obtenus par ces calculs, les simulations ont été comparées à des résultats expérimentaux tirés de la littérature et réalisés spécifiquement pour ce travail de thèse. / The manufacture of large aeronautical structural parts made of aluminium alloys requires multiple forming steps (rolling, die forging, forging, etc.), heat treatment and machining. During these manufacturing steps, the various thermomechanical loads suffered by the part before its machining induce plastic deformations as well as modifications of the microstructure which are sources of residual stresses. In addition to these residual stresses resulting from the thermomechanical history of the part, others result directly from the machining step. Indeed, during this step, up to 90% of the raw material of a part can be removed using sometimes severe cutting conditions. Aeronautical parts sometimes have complex geometries with thin walls. Thus, during and after machining, the geometry of the machined part is significantly modified by the redistribution of residual stresses at work. These residual stresses, whether inherited or induced by the process, strongly influence the final geometry obtained and are one of the main causes of non-conformity of the parts with the dimensional tolerances of the finished product. This results in a significant loss for manufacturing industries. In this thesis work, we focused on considering these two types of residual stresses in a numerical model predicting distortions. We focused only on aluminium parts from the aeronautics industry. We have thus coupled advanced numerical fitting and remeshing models with existing industrial software to provide a new numerical solution, fast and efficient. Based on the assumptions in the literature, we decided to model machining as a massive material removal where tool path and interaction with the machine will be neglected. The numerical objective is therefore to propose a method that can account for the redistribution of residual stresses within the part. Each step of the machining plan is thus represented by a remeshing step where the "machined volume" will be removed from the mesh followed by a mechanical computation to account for the reorganization of stresses and the deformations they induce. This iterative process, carried out in a parallel environment, required many numerical developments. Thus, a new remeshing and repartitioning strategy has been proposed to obtain a mesh capable of capturing the residual stresses resulting from near-surface machining and to significantly reduce the calculation times associated with changes in geometry through cutting. A simplified linear elasticity model has also been added to the approach to reduce the numerical cost of mechanical computation and allow for larger problems to be addressed on computers of reasonable power. In order to confirm the results obtained by these computations, the simulations were compared with experimental results from the literature and carried out specifically for this thesis work.
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Effet du formage à froid sur la tenue en fatigue à la propagation d'une structure d'alliage Al2024T351 / Effect of cold forming on fatigue endurance in propagation in Al2024T351 structureCusset, Raphael 12 July 2019 (has links)
Le groupe Dassault Aviation conçoit et construit chaque année un large choix de modèles d’avions, à la fois à usage privé comme à usage militaire. Nous nous intéressons ici à certaines pièces structurelles de l'avion, se présentant sous la forme de panneaux renforcés de raidisseurs usinés directement dans la masse de tôles épaisses en alliage Al2024T351. Dans le cadre du processus de mise en forme, ces éléments doivent être formées à froid afin de leur donner une courbure définitive. Ce procédé a pour conséquence de pré-déformer sévèrement certaines régions de la structure. De plus, ces zones sont susceptibles de constituer des sites d’amorçage et de propagation de fissures de fatigue.Cette étude vise à analyser les interactions entre les phénomènes plastiques induits par le formage à froid et la propagation d'une fissure de fatigue lors du chargement en fatigue de la structure. Cette thèse se déroule selon la démarche suivante:Un essai de formage à froid instrumenté a été réalisé sur deux éprouvettes technologiques auto-raidies. A partir, d'une base expérimentale d'essais de traction un modèle de comportement plastique anisotrope de la tôle a été proposé permettant l'élaboration d'une simulation du formage des deux structures ainsi que l'analyse fine de l'état résiduel du matériau suite au procédé. Après connaissance de l'état plastique résiduel, un protocole d'essais de compression et de traction sur éprouvettes grandes dimensions a été mené (des lopins de diamètre 54 mm et des éprouvettes de traction plate de section 75x55 mm) dont le but est de produire un volume homogène de matériau pré-déformé en compression et en traction (jusqu'à +/-10 %).A partir des volumes de matériaux d'origine et pré-déformés, une large campagne d'essais de fatigue a été réalisée sur éprouvettes oligocycliques et éprouvettes de propagation (Compact Tension) permettant en autres la caractérisation des effets de la pré-déformation sur les propriétés en fatigue. Un modèle de propagation de Forman modifié a pu être identifié à partir des courbes de vitesse.Enfin, les structures auto-raidies formées ont été soumises à un chargement cyclique et le comportement à l'amorçage et en propagation a pu être observé expérimentalement. Une simulation du chargement en fatigue de la structure après formage a été proposée. Le module Z-crack du code éléments finis Z-set associé au modèle de propagation à permis de simuler la propagation d'une fissure de fatigue au sein de la structure.Une conclusion sur la contributions des contraintes, de l'angle de formage et de la plasticité sur le trajet et la vitesse de propagation a pu être apportée numériquement et confrontée aux résultats des essais. / The Dassault Aviation Group designs and builds a wide range of aircraft models each year, for both private and military use. Some structural parts of the aircraft, in the form of reinforced stiffener panels machined directly into the bulk of Al2024T351 thick plates are studied. As part of the shaping process, these elements must be cold formed to give their final curvature. This process severely plastified some regions of the structure. In addition, these zones are likely to constitute sites of initiation and propagation of fatigue cracks.This study aims to analyze the interactions between the plastic phenomena induced by cold forming and the propagation of a fatigue crack during fatigue service loading. This thesis is conducted according to the following approach:An instrumented cold forming test has been performed on two self-stiffening technological specimens. From an experimental base of tensile tests, a model of anisotropic plastic behavior of the plate was proposed allowing the development of a cold forming structure simulation and an analysis of the residual state of the material following the process. Using all the results about residual plastic state, a compression and traction test on large test pieces has been performed (54 mm diameter slugs and flat tensile test pieces of 75x55 mm section) whose purpose is to produce a homogeneous volume of pre-deformed material in compression and traction (+/-10 % of plasticity) .A large campaign of fatigue tests has been realized on oligocyclic specimens and specimens of propagation (Compact Tension) extracted from the volumes of original and pre-deformed material allowing the characterization of the effects of the pre-deformation on the fatigue properties. A modified Forman propagation model has been identified from the velocity curves.Finally, self-stiffened structures formed have been subjected to a cyclic loading and the fatigue initiation and propagation behavior has been observed experimentally. A simulation of the fatigue loading of the structure after forming has been proposed. The Z-crack module of the Z-set finite element code associated with the propagation model allowed to simulate the propagation of a fatigue crack within the structure.
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Entwicklung des Niederdruck-HohlteilgießverfahrensSchmidt, Peter 04 June 2010 (has links)
Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wurde das Niederdruck-Hohlteilgießverfahen untersucht. Dieses Verfahren beruht auf dem Niederdruckgießverfahren, jedoch wird die Druckbeaufschlagung auf das System vor dem kompletten Erstarren des Gussstückes beendet, wodurch nicht erstarrtes Material aus der Form fließen kann und ein hohles Gussstück ohne Einsatz von Kernen entsteht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Probekörper aus verschiedenen Al-Legierungen in Sand- und Metallformen hergestellt und ausgewertet, wobei die Einflussfaktoren Druckhaltezeit und Temperaturgradient zwischen Schmelze und Form variiert wurden. Anschließend erfolgte eine Auswertung der Probekörper hinsichtlich Ausbildung der Wanddicke und deren Rauhigkeit. Dabei wurden Abhängigkeiten zwischen Haltezeit und Wanddicke gefunden. Die Rauhigkeit des ausgebildeten Hohlraumes ist dabei legierungsabhängig und unterscheidet sich zwischen Sand- und Kokillenguss stark.
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Aluminium alloys ability to catalyse the oxidation of biodiesel : Development of a procedure to test alloysKhudur, Ivan January 2017 (has links)
Biodiesel is a renewable and biodegradable fuel that has the possibility to replace conventional diesel fuel and reduce the environmental pollution. Despite its environmental benefits, it has been shown to cause damage to the vehicle engines, due to its oxidative properties. Different metals, such as copper, zinc and aluminium are present in the vehicle fuel system and have been shown to catalyse the oxidation of biodiesel. Several studies have been performed to investigate the interaction between these metals and fuel. However, some reports concluded contradicting results when it comes to the oxidation of biodiesel in contact with aluminium alloys. This project aimed therefore to investigate and create a simple method for comparing the catalytic effect on oxidation for metals, and use this method to evaluate the degradation rate of biodiesel in contact with aluminium alloys. Different heating methods and coating materials were tested using the biodiesel RME to develop the testing procedure. When a test procedure was established, three filter houses made from cast aluminium alloy and three aluminium ingots with different amount of copper were immersed in RME and the stability was evaluated. The results showed that using an oven at 80 °C to investigate the stability provided the most repeatable results, and the spray paint Auto K billack spray Universal appeared to be compatible to use with RME. The inner untreated surface of the fuel filter houses did not seem to increase the oxidation rate of biodiesel. Aluminium alloys with higher copper content degraded RME more than aluminium alloys with little/no copper, if the surface had been treated mechanically, but not to a large extent. This concludes that aluminium alloys may reduce the stability of biodiesel if it contains much copper and if the surface of the alloy has been treated. However, the detected reduction on oxidation stability could depend on other factors, and therefore it is recommended to conduct further experiments on test the aluminium alloys. / Biodiesel är ett förnybart och biologiskt nedbrytbart bränsle som har möjligheten att ersätta konventionell diesel och minska föroreningen av miljön. Trots dess fördelar så har det visats att bränslet skadar motorerna i fordon, vilket beror på dess oxidativa egenskaper. Olika metaller, såsom koppar, zink och aluminium förekommer i fordons bränslesystem, och dessa har påvisats katalysera oxidationen av biodiesel. Flera studier har genomförts där interaktionen mellan de tidigare nämnda metallerna och biodiesel har undersökts. En del av dessa studier har fått motsägelsefulla resultat när det kommer till interaktionen mellan aluminium legeringar ochbiodiesel. Detta projekt har därför haft som syfte att ta fram en enkelt metod att jämföra metallers katalystiska effekt på biodieslets oxidations stabilitet, samt använda denna metod för att bedöma nedbrytningen av biodiesel i kontakt med aluminium legeringar. Olika uppvärmningsmetoder och täckningsmaterial undersöktes med hjälp av biodiesel gjord på rapsolja, RME, för att ta fram mätmetoden. När ett tillvägagångssätt hade fastlagts, så sänktes bitar av tre olika bränslefilterhus tillverkade av aluminium legeringar, och tre olika aluminium tackor med olika kopparhalter i RME och bränslets stabilitet mättes. Användning av ugn vid 80 °C för att testa biodieslets oxidations stabilitet gav de mest upprepbara resultaten, och sprejfärgen Auto K billack spray Universal var mest kompatibel att använda som täckningsmaterial. Den inre, obehandlade ytan av bränslefilterhusen visade sig inte påverka oxidations stabiliteten på biodieslet. Aluminijm legeringar med en högre koppar halt bröt ned RME lite mer än aluminium legeringar med lite/ingen koppas, men endast om ytan hade blivit mekaniskt behandlad. Detta ger slutsatsen att aluminium legeringar kan minska biodieslets stabilitet om det innehåller mycket koppar och om legeringens yta har blivit behandlad. Däremot så kan den reduktionen av oxidations stabiliteten bero på andra faktorer och det rekommenderas därför att genomföra fler experiment med aluminum legeringar och biodiesel.
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Aluminium alloys ability to catalyse the oxidation of biodiesel : Development of a procedure to test alloysKhudur, Ivan January 2017 (has links)
Biodiesel is a renewable and biodegradable fuel that has the possibility to replace conventional diesel fuel and reduce the environmental pollution. Despite its environmental benefits, it has been shown to cause damage to the vehicle engines, due to its oxidative properties. Different metals, such as copper, zinc and aluminium are present in the vehicle fuel system and have been shown to catalyse the oxidation of biodiesel. Several studies have been performed to investigate the interaction between these metals and fuel. However, some reports concluded contradicting results when it comes to the oxidation of biodiesel in contact with aluminium alloys. This project aimed therefore to investigate and create a simple method for comparing the catalytic effect on oxidation for metals, and use this method to evaluate the degradation rate of biodiesel in contact with aluminium alloys. Different heating methods and coating materials were tested using the biodiesel RME to develop the testing procedure. When a test procedure was established, three filter houses made from cast aluminium alloy and three aluminium ingots with different amount of copper were immersed in RME and the stability was evaluated. The results showed that using an oven at 80 °C to investigate the stability provided the most repeatable results, and the spray paint Auto K billack spray Universal appeared to be compatible to use with RME. The inner untreated surface of the fuel filter houses did not seem to increase the oxidation rate of biodiesel. Aluminium alloys with higher copper content degraded RME more than aluminium alloys with little/no copper, if the surface had been treated mechanically, but not to a large extent. This concludes that aluminium alloys may reduce the stability of biodiesel if it contains much copper and if the surface of the alloy has been treated. However, the detected reduction on oxidation stability could depend on other factors, and therefore it is recommended to conduct further experiments on test the aluminium alloys. / Biodiesel är ett förnybart och biologiskt nedbrytbart bränsle som har möjligheten att ersätta konventionell diesel och minska föroreningen av miljön. Trots dess fördelar så har det visats att bränslet skadar motorerna i fordon, vilket beror på dess oxidativa egenskaper. Olika metaller, såsom koppar, zink och aluminium förekommer i fordons bränslesystem, och dessa har påvisats katalysera oxidationen av biodiesel. Flera studier har genomförts där interaktionen mellan de tidigare nämnda metallerna och biodiesel har undersökts. En del av dessa studier har fått motsägelsefulla resultat när det kommer till interaktionen mellan aluminium legeringar ochbiodiesel. Detta projekt har därför haft som syfte att ta fram en enkelt metod att jämföra metallers katalystiska effekt på biodieslets oxidations stabilitet, samt använda denna metod för att bedöma nedbrytningen av biodiesel i kontakt med aluminium legeringar. Olika uppvärmningsmetoder och täckningsmaterial undersöktes med hjälp av biodiesel gjord på rapsolja, RME, för att ta fram mätmetoden. När ett tillvägagångssätt hade fastlagts, så sänktes bitar av tre olika bränslefilterhus tillverkade av aluminium legeringar, och tre olika aluminium tackor med olika kopparhalter i RME och bränslets stabilitet mättes. Användning av ugn vid 80 °C för att testa biodieslets oxidations stabilitet gav de mest upprepbara resultaten, och sprejfärgen Auto K billack spray Universal var mest kompatibel att använda som täckningsmaterial. Den inre, obehandlade ytan av bränslefilterhusen visade sig inte påverka oxidations stabiliteten på biodieslet. Aluminijm legeringar med en högre koppar halt bröt ned RME lite mer än aluminium legeringar med lite/ingen koppas, men endast om ytan hade blivit mekaniskt behandlad. Detta ger slutsatsen att aluminium legeringar kan minska biodieslets stabilitet om det innehåller mycket koppar och om legeringens yta har blivit behandlad. Däremot så kan den reduktionen av oxidations stabiliteten bero på andra faktorer och det rekommenderas därför att genomföra fler experiment med aluminum legeringar och biodiesel.
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Fabrication of AA6061/316 composites via a double pin FSP toolLiu, S., Paidar, M., Mehrez, S., Ojo, O.O., Cooke, Kavian O., Wang, Y. 12 September 2022 (has links)
Yes / In this study, a new double pin tool was utilized for the development of AA6061/316 stainless steel reinforced composite by employing the friction stir processing technique for the first time. The microstructure, hardness, tensile, tribological, and corrosion behaviors of the fabricated composites were investigated and comparative assessments were made with the results obtained from the single-pin tool. The results showed that particle-matrix reaction did not occur in the composites irrespective of the nature of the tool profile. The double-pin tool outstandingly boosted the grain refinement (7.01–5.78 μm), particle fragmentation, and distribution within the Al matrix due to the additional pin-assisted plastic deformation, high straining, dynamic recrystallization, and Zener pinning effects. The double-pin tool improved the microhardness (127–141 HV), tensile strength (162–233 MPa), and corrosion resistance of the composite with respect to the single-pin tool counterparts. The replacement of the single pin tool with a double pin tool diminished the specific wear rate (0.38–0.22 mm3/Nm) of the composite. The double-pin tool has a favourable impact on the structure, mechanical, and corrosion behaviours of the AA6061/316 stainless steel reinforced composite. It is thus recommended for composite development.
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Caractérisation du comportement mécanique d'un alliage aluminium cuivre à faible fraction liquide à l'aide d'un DMALevasseur, David 16 April 2018 (has links)
Dans l' optique de pouvoir prédire l 'occurrence de fissuration à chaud lors de la solidification d'un alliage d'aluminium, une nouvelle méthode de mesure des propriétés mécaniques à l'état semi-solide est développée. La technique de caractérisation utilise un analyseur mécanique dynamique (DMA) en mode de traction pour mesurer avec une grande précision le comportement mécanique d'un alliage d'aluminium cuivre (5 , 78%-pds. Cu). Les objectifs de ce tràvail sont de prouver la validité de la méthode de mesure proposée, d' observer l' effet du test mécanique sur la microstructure et d' utiliser les mesures pour calibrer un modèle constitutif. L' alliage utilisé a été coulé au laboratoire avec une 'plaque de refroidissement pour garantir une solidification dirigée. Les échantillons rectangulaires ont été coupés perpendiculairement à l'axe de croissance des colonnes. La validité du test a été démontrée par une série de tests répétés. Ces tests ont été faits pour trois niveaux de contrainte (0,25 , 0,5 et 1 MPa) et deux niveaux de température (831 et 841 K). lis montrent que la méthode donne des résultats reproductibles dans la mesure où les échantillons sont assez semblables au niveau de la microstructure. Une série de tests supplémentaires a été faite sur des échantillons à structure affinée et à grains équiaxes. Ces résultats ont montré une très bonne reproductibilité. Les mesures ont ensuite été utilisées pour calibrer un modèle constitutif du comportement mécanique à l'état semi-solide basé sur le modèle de Larouche et al. [14]. Le modèle constitutif utilisé considère une distribution de fraction liquide locale (gs) dans l'échantillon, ce qui permet de calculer le taux de déformation de chaque sousdomaine de gs et d'en faire la moyenne pour trouver le taux de déformation global. Le comportement mécanique prédit par ce modèle dépend de la contrainte et de la fraction liquide, mais aussi de la déformation de l'échantillon. Ce modèle a permis de représenter adéquatement les résultats obtenus. L'observation de la microstructure de certains échantillons avant et après le test a permis de mettre en évidence la localisation de la déformation et la formation de liens solides entre les grains. La formation de ces structures explique la consolidation observée lors des tests mécaniques. La méthode présentée dans ce travail ouvre de nouvelles portes pour les tests quantitatifs de caractérisation du comportement mécanique à l'état semisolide.
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Développement d'outils intégrés pour la fabrication virtuelle de produits en aluminium et en acier par hydroformage de tubes pour l'industrie aéronautiqueMatei, Mihaita 20 April 2018 (has links)
La présente thèse intitulée «Développement d'outils intégrés pour la fabrication virtuelle de produits en aluminium et en acier par hydroformage de tubes pour l'industrie aéronautique » porte essentiellement sur l'étude de comportement du matériau métallique en grandes déformations. En utilisant la réponse de comportement, nous avons construit des outils de fabrication virtuelle qui détectent et corrigent « en ligne» les défauts qui peuvent survenir en cours de simulation de différents procédés de mise en forme, notamment, le procédé d'hydroformage de tubes. Pour être en mesure de modéliser efficacement le mouvement nonlinéaire de la matière et contrôler sa cinématique et sa dynamique, nous avons développé une loi hyperélastoplastique (écrite dans un repère corotationnel) en utilisant la théorie de grandes déformations (Simo) et nous l'avons couplé avec différents modèles d'écrouissage nonlinéaire (Voce et Simo) et d'endommagement ductile (Lemaitre et Chaboche). Nous avons calibré la loi de comportement en utilisant la courbe contrainte-déformation vraie (obtenue à partir des essais expérimentaux (uniaxiaux ou biaxiaux)) par l'utilisation de la méthode statistique de moindres carrés. À l'aide d'un utilitaire matériau (VUMAT) disponible dans l'environnement du logiciel Abaqus/Explicit, nous l'avons implémenté dans le but de vérifier l'évolution des différentes variables spécifiques au comportement réel du matériau (le champ de déformation et des contraintes, l'écrouissage, l'endommagement, etc.). En ce qui concerne la construction des outils adaptatifs pour les différents procédés de mise en forme et le contrôle du comportement du matériau, nous avons couplé les utilitaires de l'usager VUMAT (comportement du matériau), VDLOAD ( chargement) et avec un algorithme adaptatif qui utilise les résultats de VUMAT pour évaluer le chargement requis pour éviter des défauts et le transférer à l'utilitaire VDLOAD qui applique le chargement. Le premier sous programme adaptatif a été développé pour le procédé de gonflement de tubes avec les extrémités fixées. Il a été conçu pour évaluer la pression interne nécessaire pour gonfler le tube jusqu'à ce qu'il atteigne la circonférence maximale. Nous avons proposé une relation de calcul de l'incrément de pression fictive dans chaque point matériel. Cette relation contient des informations liées à l'écoulement (la limite d'écoulement) et à l'évolution de la plasticité équivalente. Après avoir trouvé la valeur maximale de la pression fictive dans chaque point matériel (pour un incrément de temps donné), nous avons évalué finalement la valeur maximale à partir de tous les points d'intégrations. Nous utilisons ultérieurement cette valeur maximale pour réaliser la mise à jour de la pression à l'intérieur du tube, afin de mieux contrôler le déroulement de l'opération dans le prochain pas de temps. Dans le but de couvrir une large gamme de produits fabriqués par hydroformage de tubes, nous avons proposé deux sous-programmes de contrôle pour évaluer la pression fictive dans chaque point matériel du tube. Le premier sous programme utilise le contrôle circonférentiel du champ de contraintes tandis que le second est basé sur le contrôle en compression axiale. Afin de vérifier la validité et la précision de nos travaux de recherche, nous avons évalué la qualité de nos résultats numériques en les comparant à des résultats expérimentaux disponibles dans la littérature scientifique. Dans ce contexte, nous avons utilisé les cas d'hydroformage dans une matrice conique et dans une matrice en « Y ». Parallèlement, nous avons tenté d'explorer la possibilité de déterminer la formabilité de tubes en alliages en aluminium en utilisant les outils de fabrication virtuelle que nous avons développés pour le gonflement de tubes avec extrémités mobiles. Dans ce cadre, nous avons proposé une méthode originale de traçage du diagramme limite de formage en utilisant les données du test de gonflement de tubes (avec extrémités fixées) combinés avec un calcul analytique qui évalue la plastification matérielle causée par le déplacement axial du tube. En dernier lieu, nous avons exploré l'hydroformage en double cavité et l'hydroformage des pièces qui sont d'abord cintrées et ensuite hydroformées. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude sur l'évolution de l'épaisseur par rapport aux changements de la géométrie (les rayons de raccordement à la profondeur des cavités) et par rapport au changement dans les conditions du contact entre le tube et la matrice.
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Comportement en fissuration par fatigue de l'alliage aéronautique 2099-T83 Al-LiTchitembo Goma, Franck Armel 20 April 2018 (has links)
En service, où les conditions climatiques varient, les aéronefs sont constamment sollicités par des chargements dynamiques qui sont susceptibles d’endommager la structure par la propagation de fissures de fatigue. Aussi, à l’heure où l’allégement des structures aéronautiques constitue un défi environnemental et économique majeur que les manufacturiers des aéronefs sont tenus de relever, l’utilisation d’un alliage léger et ayant des propriétés mécaniques attrayantes est envisagée pour répondre à cette problématique. Parmi ces alliages, l’alliage d’aluminium lithium 2099-T83 a été sélectionné pour être utilisé dans la dernière génération des aéronefs. L’objectif global de ce travail de thèse était d’étudier le comportement en fissuration par fatigue de l’alliage d’aluminium-lithium 2099-T83, en tenant compte de l’historique de la mise en forme du matériau qui est fonction du facteur de forme (AR : extrusion aspect ratio en anglais). Dans cette optique, deux profilés ont été investigués (un panneau à raidisseur intégral et un profilé cylindrique), desquels les paramètres métallurgiques (la microstructure : la structure des grains, les particules de seconde phase/précipités et la texture cristallographique) de l’alliage ont d’abord été analysés. Dans le panneau à raidisseur intégral, des essais de fissuration par fatigue ont été conduits dans différents environnements [23°C avec ~ 50% d’humidité relative (HR) et PH20 = 1.5 kPa ; 23°C avec ~0% HR et PH20 = 6.3 Pa puis -30°C avec ~18% HR et PH20 = 8.7 Pa]. Les résultats de cette étude montrent que les vitesses de fissuration par fatigue (da/dN) corrèlent avec le rapport de forme (AR) ; c'est-à-dire que les da/dN diminuent lorsque AR tend vers 1, et ce, indépendamment de la température des essais. Aussi, la résistance à la fissuration augmente à mesure que la température diminue. L’effet de la température sur les vitesses de propagation de fissures de fatigue (da/dN) a été attribué à celui de l’environnement via la variation de la pression de vapeur d’eau. Toutefois, en comparant les vitesses de fissuration générées à 23°C (0% HR et PH2O ~ 6.3 Pa) à celles obtenues à -30°C (18% HR et PH2O ~ 8.7 Pa), nous avons estimé qu’il reste probablement un effet résiduel de la température, puisque les da/dN dans le premier environnement sont légèrement supérieures à celles dans le dernier environnement. Nous avons aussi trouvé que l’effet de la température varie en fonction de AR. Plus AR est grand, moins les surfaces de rupture sont rugueuses et plus elles favorisent la migration de l’hydrogène contenue dans la vapeur d’eau en pointe de fissure. Dans le profilé cylindrique, seuls les essais à température ambiante (23°C et ~50% HR) ont été effectués suivant les orientations LR (longitudinale) et CR (transversale) des spécimens, et les résultats obtenus indiquent une anisotropie des vitesses de propagation de fissures. Celles-ci sont plus faibles dans le sens LR que dans le sens CR. De plus, la morphologie des surfaces de rupture varie également avec l’orientation du plan de fissuration. Le mécanisme de fissuration qui a lieu est celui associé au changement du mode de propagation de fissures qui passe du mode de propagation intergranulaire dans l'orientation CR au mode de propagation transgranulaire dans l'orientation LR. En définitive, le comportement en fissuration par fatigue de l’alliage étudié est contrôlé par la structure de grains et la texture cristallographique, deux principaux paramètres qui sont influencés par AR. / In service where climatic conditions vary, aircraft are constantly confronted to fluctuating loads that could damage the structure by fatigue crack growth (FCG). Also, as the weight savings of aircraft structures become a major environmental an economic challenge that aircraft manufacturers are required to meet, the use of light alloy combined with superior mechanical properties is required to meet this problematic. Among these alloys, the 2099-T83 aluminum lithium alloy was selected for use in the latest generation of aircrafts. The overall objective of this thesis was to study the fatigue crack growth (FCG) behavior of aluminum- lithium 2099 - T83, taking into account the material processing history that depends on the extrusion aspect ratio (AR). In this regard, two profiles were investigated (an integrally stiffened panel and a cylindrical profile) from which metallurgical parameters (microstructure: the grain structure, the second phase particles/precipitates and crystallographic texture) of the alloy were first analyzed. In the integrally stiffened panel, fatigue crack growth tests were conducted in different environments [23°C with ~ 50% relative humidity (RH) and PH20 = 1.5 kPa; 23°C with ~ 0% RH and PH20 = 6.3 Pa and then -30°C ~ 18% RH and PH20 = 8.7 Pa]. The results of this study show that FCG rates (da/dN) correlate with the local extrusion aspect ratio (AR), as a result of the combined effects of both the grain structure and the crystallographic texture, regardless of the test temperature. The resistance to FCG increased with decreasing temperature, this effect being attributed to a decrease in humidity content in the studied temperature range. However, comparing the FCG rates generated at 23°C (0% RH and PH2O ~ 6.3 Pa) to those obtained at -30°C (18% RH and PH2O ~ 8.7 Pa), we believe that a residual effect of the temperature is still present, since the da /dN in the first environment are slightly higher than those in the latter environment. We also found that the effect of the temperature varies as a function of AR. The higher is AR, the less the fracture surfaces are rough and the easier they promote the migration of hydrogen contained in water vapor at the crack tip. In the cylindrical profile, only the tests at room temperature (~ 23°C and 50% RH) were performed in the LR (longitudinal) and CR (transverse) oriented specimens, and the results indicate an anisotropy of the FCG rates. These are lower in the LR direction in than in the CR direction. Furthermore, the morphology of the fracture surfaces also varies with the orientation of the plane of cracking. The fatigue crack growth mechanism that takes place is that associated with the change in crack propagation mode. Fatigue cracking mode was found to be intergranular in the CR orientation while the transgranular mode was observed in the LR orientation. Finaly, the fatigue cracking behavior of the studied alloy is controlled by the grain structure and crystallographic texture, two main parameters that are influenced by AR.
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Hot tearing study of aluminium alloys above the solidus temperature with the aid of a direct chill casting surface simulator (DCSS) = : Étude sur la fissuration à chaud d'alliages d'aluminium au-dessus du solidus à l'aide d'un simulateur de surface de la coulée semi-continue / Étude sur la fissuration à chaud d'alliages d'aluminium au-dessus du solidus à l'aide d'un simulateur de surface de la coulée semi-continueMardan, Milad 17 April 2018 (has links)
La déchirure à chaud est un défaut important observé lors de la coulée de certains alliages d'aluminium. Elle se produit au cours de la solidification lorsqu’une petite quantité de phase liquide reste emprisonnée dans la phase solide, affaiblissant la résistance en tension et conduisant à la fissuration de l’alliage. Dans le cas de la coulée semi-continue d’alliages d'aluminium (coulée avec refroidissement intensif et continue), la fissuration à chaud s’initie à la surface des lingots de laminage, là où la microstructure est particulièrement vulnérable, c’est-à-dire juste après la zone du refroidissement primaire. Afin d'étudier le comportement thermomécanique de ces alliages lors de la fissuration à chaud et l'impact de l’utilisation d’affineurs de grains, des essais de traction ont été effectués à de faibles taux de déformation sur des échantillons solidifiés dans un état semi-solide (fraction solide ~90-95% vol.) avec l'aide d'un appareil appelé DCSS (Direct Chill Surface Simulator). Cet appareil est constitué d’un banc d’essai reproduisant les conditions existantes pendant le refroidissement primaire du procédé de coulée semi-continue d’alliages d’aluminium. Le comportement thermomécanique des échantillons partiellement solidifiés sous l’application de charges en tension a été analysé et la formation de fissures à chaud a été observée. La température à différents endroits dans les échantillons, la charge appliquée et la déformation en surface ont été mesurées lors d’essais de traction effectués sur les alliages d'aluminium AA5182, AA6111 et AA3104. La microstructure de chaque spécimen a été examinée et analysée à l'aide d’un microscope optique afin d’évaluer l’aspect colonnaire ou équiaxe des grains et de son effet sur le comportement thermomécanique de l'alliage. Une importance particulière a été portée sur l'évaluation de la fraction solide présente dans chaque échantillon coulé au début des essais de traction, tenant compte de la température locale, du gradient thermique et des taux de refroidissement appliqués. Il a été observé que des concentrations excessives d’affineur de grains diminuaient la résistance mécanique en tension des coquilles solidifiées en raison d’une porosité plus élevée induite par une nucléation plus facile des nouvelles phases (gaz inclus). On a aussi constaté que les taux de refroidissement de l’alliage augmentaient avec la quantité d’affineur de grains, relié à un phénomène associé au nombre plus élevé des points de contact avec la surface du moule causés par les nombreux petits grains équiaxes. Finalement, la conception d’un critère basé sur la contrainte thermomécanique pour expliquer la fissuration à chaud a été renforcée par l’observation d’une meilleure résistance mécanique en tension obtenue sur des coquilles avec des microstructures non affinées pour les alliages AA5182 et AA6111 ayant des fractions solides similaires, mais avec des tailles de grain significativement différentes. / Hot tearing is a severe defect in aluminum castings which is produced during solidification when a certain amount of liquid phase remains and weakens the tensile resistance of the alloy. In direct chill casting of aluminum alloys, hot tears initiate at the surface of sheet ingots just after the primary cooling zone, where the microstructure is particularly vulnerable. In order to study the thermomechanical properties of these alloys and the effect of grain refiners on their thermo-mechanical behaviour, tensile tests were carried out on specimens in the semi-solid state (~90-95% solid fraction) and at low strain rates using an apparatus called Direct Chill Surface Simulator (DCSS). This apparatus is an instrumented rig test reproducing the conditions prevailing during the primary cooling stage of the DC casting process. The thermomechanical behavior of solidifying shells and the hot tear formation under applied tensile loads was analyzed and the occurrence of hot tearing was observed. The temperature in different locations of the casting, applied load and surface strain were monitored during the tensile tests conducted on aluminum alloys AA5182, AA6111 and AA3104. The microstructure of the tested specimens was examined using the optical microscope to evaluate the columnar or equiaxed aspect of grains and their effect on the thermomechanical response of the alloy. A special emphasis has been given to the evaluation of the solid fraction existing in the castings at the start of the tensile tests, taking into account the local temperature, thermal gradient and cooling rates experienced. It was found that excessive grain refiner additions decreased the strength of solidifying shells because of the increased level of porosity induced by easier nucleation of new phases (gas included). It was also observed that cooling rates increased with the level of grain refiner, a phenomenon that was associated to the higher number of contact points with the mould obtained with numerous small equiaxed grains. Finally, the concept of a stress based criterion for hot tearing was reinforced by the strengths obtained on not grain refined AA5182 and AA6111 alloys showing similar solid fraction near the surface, but with significantly different grain sizes.
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