Les réglementations gouvernementales concernant l'économie de carburant et la réduction des gaz à effet de serre forcent les industries de transport et les fabricants à modifier la façon dont les pièces sont conçues et fabriquées. Le problème de la réduction du poids est mis à l'avant-plan et on croit fortement que l'utilisation étendue des alliages d'aluminium et le développement de designs innovants font partie de la solution pour remplir les mandats. En même temps, la faible formabilité de l'aluminium pose un vrai défi aux fournisseurs de pièces de véhicules chaque fois qu'ils sont confrontés à fabriquer des composants à géométrie complexe avec des procédés de mise en forme conventionnels. En conséquence, d'autres procédés plus avancés sont explorés, comme l'hydroformage qui offre de tels avantages comparés aux procédés d'usage courant. Cette technologie semble être le catalyseur qui permettra aux métaux difficilement formables d'être utilisés sur une échelle beaucoup plus large Dans la présente thèse, une étude approfondie a été effectuée sur l'hydroformage des tubes d'aluminium ainsi que les procédés connexes. Dans les études numériques, une stratégie d'optimisation issue de l'application du logiciel Ls-Opt et des codes sources développés dans MATLAB a été présentée. Elle rend possible l'optimisation de l'étirage à paroi variable, du pliage et de l'hydroformage des tubes soit d'une façon regroupée ou seule. Dans la partie expérimentale du projet, dans le prototype de banc d'étirage, la distribution d'épaisseur désirée sur le tube initial a été mise en application. Une nouvelle méthode de conception de moule d'hydroformage à géométrie complexe est aussi présentée et appliquée expérimentalement avec succès. Enfin, les résultats de l'optimisation globale ont été appliqués et validés expérimentalement et une correspondance acceptable a été observée. Les résultats de ce projet se révèlent fortement utiles pour les industries de transport terrestre et de l'aérospatiale pour produire des produits tubulaires plus facilement et avec moins d'essais et erreurs.

L'utilisation de modèles numériques de procédés de mise en forme des matériaux est devenue une nécessité dans la conception et la fabrication de composants évolués. De plus, les geometries de ces composants sont de plus en plus complexes et demandent l'utilisation de procédés avancés comme l'hydroformage. Le présent mémoire fait état des différentes étapes effectuées pour produire une pièce majeure de la structure d'un banc d'autobus. Pour ce faire, des outils numériques et expérimentaux ont été créés pour les étapes de cintrage et d'hydroformage. Une méthodologie est aussi proposée pour l'optimisation du procédé d'hydroformage en utilisant le module LS-Opt. De nombreuses simulations ont été effectuées pour l'alliage d'aluminium 6061 à l'état recuit (O) et à l'état brut de livraison (F).

Voici une étude exploratoire sur la possibilité d'emboutir une cuve d'évier par procédé d'hydroformage. Premièrement, un état de l'art de l'hydroformage a été effectué suivi d'un choix parmi les différentes méthodes à utiliser. Avant de réaliser les analyses sur les éviers, un modèle mathématique de simulation par élément finis a été validé à l'aide d'expérimentations. Suite à cette validation, les cuves d'éviers fabriquées par Julien ont été analysées à l'aide de règles simples sur l'emboutissage. Puisque les géométries des cuves ne respectaient pas ces règles, une géométrie d'évier commercial a été utilisée pour les simulations. Les résultats des simulations ont permis de démontrer qu'il est techniquement difficile d'hydroformer une cuve d'évier commerciale. Par conséquent, la géométrie de la cuve a été modifiée pour obtenir une forme emboutissable par hydroformage. Diverses conclusions ont été tirées menant à des suggestions quant au design de pièces pouvant être fabriquées par hydroformage.

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.