Le contexte automobile actuel pousse les industriels à innover pour réduire à la fois l’impact énergétique et la consommation en hydrocarbure de leurs véhicules. Un accent particulier a donc été mis sur l’allègement structural des véhicules. Dans le cadre des véhicules récréatifs, cet allègement se traduit par l’augmentation de l’utilisation des tôles formées notamment dans les zones de transmission d’effort et amène de nouveaux besoins pour la conception. En effet, des comportements vibratoires problématiques en basses fréquences de ces tôles ont été mis en avant sur des véhicules récréatifs au stade de prototype. Il est alors nécessaire de proposer une méthode de conception de ces tôles réceptrices d’excitation, pour améliorer le comportement vibratoire en basses fréquences d’une structure au stade de prototype. Pour cela trois outils techniques sont développés, le premier pour la prise en compte des efforts à l’aide d’une cartographie de mobilité, le second pour guider les modifications de raideur des tôles avec une cartographie de contraintes différentielles et le dernier avec un outil de mise en forme pour appliquer ces modifications de raideur par embossage. La méthode est alors présentée et appliquée à partir de ces trois outils sur des cas d’application statiques et dynamiques. Pour une tôle seule encastrée excitée dynamiquement, les résultats démontrent une diminution de l’énergie cinétique stockée de 76.07%, ceci sur une bande de basses fréquences ([0,500]Hz) par rapport à un cas de référence. Un cas de véhicule récréatif simplifié est aussi réalisé sous excitations moteur réelles sur une bande fréquentielle ([0,500]Hz), l’assemblage de tôles couplées présente alors une diminution de 13.51% de l’énergie cinétique stockée après l’application de la méthode proposée. L’application de la méthode permet donc d’améliorer le comportement vibratoire des structures considérées en basses fréquences.

La corrélation entre l’évolution du matériau lors de la découpe des tôles minces et la dégradation des propriétés magnétiques constitue un point clé dans la conception des actionneurs électriques. De plus, la mesure des propriétés magnétiques constitue actuellement un outil de contrôle non destructif en essor dans l’industrie. Dans le cadre d’un projet sur ce thème, notre travail porte sur le développement d’un outil prédictif pour établir une corrélation entre le procédé de mise en forme qui est le découpage, l’état du matériau qui en résulte et les propriétés magnétiques de ce dernier. Cette étude s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre l’Université de Technologie de Compiègne, l’Université Laval (Québec, Canada) et le CETIM et elle a été décomposée en deux parties. La première partie a été consacrée à l’analyse et à la modélisation de la découpe. En ce qui concerne les aspects expérimentaux des travaux, des essais de tractions uniaxiale à différentes vitesses de déformation ont permis de déterminer le comportement mécanique du matériau et sa sensibilité à la vitesse. Par ailleurs, des essais de poinonnage et de cisaillage ont été effectués afin d’analyser l’influence de différentes paramètres du procédé tels que le jeu outil-matrice et la cadence (vitesse de découpe / déformation). En ce qui concerne les aspects numériques, la modélisation par éléments finis à nécessité l’utilisation de techniques et approches appropriées pour traiter les multiples non linéarités présentes dans ce genre de problèmes. Dans la deuxième partie nous nous sommes intéressés à la corrélation entre l’état mécanique du matériau et ses propriétés magnétique suite a un effet de poinonnage. Pour accéder à des quantités caractéristiques de l’état mécanique du matériau au voisinage du bord découpé, des essais de nanoindentation ont été combiné à l’identification inverse. Par ailleurs, des mesures magnétiques menées sur des éprouvettes de traction à différents taux de déformation ont permis d’établir une courbe d’évolution de la perméabilité magnétique en fonction de la déformation plastique. La combinaison de ces résultats nous a permis d’établir une corrélation entre l’état mécanique du matériau, notamment le taux de déformation plastique, et la dégradation de ses propriétés magnétiques (chute de perméabilité) au voisinage du bord découpé. / The correlation between material evolution when dealing with blanking process and the degradation of the magnetic properties constitutes a key point in the design of the electric machines. Moreover, the measurement of the magnetic properties currently constitutes a tool for non destructive testing in rise in industry. Within the framework of a project on this topic, our work concerns the development of a predictive tool to establish a correlation between the blanking process, the state of the material which results from it and the magnetic properties of this last. This study lies within the scope of a collaboration between the University of Technology of Compiegne, Laval University (Quebec, Canada) and CETIM and it were broken up into two parts. The first part was devoted to the analysis and modeling of blanking process. Concerning the experimental aspects of work, uniaxial tensile tests at various strain rates made it possible to reach the mechanical behaviour of material and its sensitivity at the velocity. In addition, blanking tests were carried out in order to analyze the influence of different parameters from the process such as the clearance punch-die and velocity (blanking velocity / strain rate). Concerning the numerical aspects, finite elements modeling need the use of techniques and approaches suitable to treat the multiples non-linearity’s present in this kind of problems. In the second part we were interested in the correlation between the mechanical state of material and its magnetic properties following a punching effect. To reach quantities characteristic of the mechanical state of material in the vicinity of the cut edge, nanoindentation tests were combined with technique of inverse identification. In addition, magnetic measurements carried out on tensile specimen with various strain rates allowed to establish the evolution curve of permeability according to the plastic strain. The combination of these results enabled us to establish a correlation between the mechanical state of material, in particular the plastic strain, and the degradation of its magnetic properties (falls of permeability) in the vicinity of the cut edge.

Les alliages d'aluminium de la série 5xxx et 6xxx sont des matériaux de choix pour la carrosserie automobile. Le panneau extérieur est généralement en alliage 6xxx et le panneau intérieur en 5xxx. Les deux sont assemblés par sertissage. Le sertissage consiste à replier la tôle extérieure sur la tôle de renfort. Ce procédé peut conduire à des états de surfaces insatisfaisants pour la tôle externe. Ce travail porte sur la caractérisation de la pliabilité des alliages 6xxx. L'influence du taux de manganèse et du temps de traitement thermique de Bake Hardening a été examinée.Les mécanismes d'endommagement d'alliages d'aluminium 6xxx durant l'essai de pliage ont été déterminés expérimentalement et par éléments finis. Les alliages d'aluminium s'endommagent par la formation de bandes de localisation de la déformation à travers l'épaisseur de la tôle. Ces bandes de localisation entraînent la formation d'une ondulation de surface en peau externe, de striction puis fissuration des grains. Les travaux suivants ont été effectués :* quantification expérimentale de la localisation basée sur des observations EBSD,* étude de la localisation de la déformation par un modèle mécanique basée sur la microstructure,* étude de la striction de grains par plasticité cristalline.Les conclusions suivantes ont été tirées :* la texture initiale, de type aléatoire, permet d'expliquer l'initiation de la localisation de la déformation,* la répartition spatiale de la dureté et le taux d'écrouissage en grande déformation sont les paramètres principaux contrôlant la localisation de la déformation,* l'interaction entre premiers grains voisins est responsable de la striction des grains de la peau externe.

Les procédés de mise en forme des tôles minces sont largement utilisés dans l'industrie. L’utilisation optimale des alliages légers ou des aciers à haute résistance, propices à des économies d’énergie dans le domaine des transports, nécessite une connaissance approfondie de leurs limites de formabilité. Classiquement, la formabilité d’une tôle est caractérisée par l’apparition d’une striction localisée. Cependant, pour des chargements spécifiques (chemins de déformation complexes ...), la rupture caractérise la formabilité du matériau, la courbe limite de formage à rupture (CLFR) plutôt que celle à striction (CLFS) doit alors être considérée. Pour identifier la CLFS et la CLFR pour des chemins de déformation linéaires et non-linéaires, les méthodes conventionnelles requièrent différents dispositifs expérimentaux et différentes formes d'éprouvette pour atteindre une large gamme de chemins de déformation. L'essai de traction biaxiale, associé à une éprouvette cruciforme, est possible pour la réaliser. De plus, le changement de chemin est activé au cours de l’essai, sans déchargement. Le premier objectif de cette étude est de montrer que l'essai de traction biaxiale, associé à une forme unique d'éprouvette cruciforme, permet de tracer la CLFS et la CLFR pour plusieurs chemins de déformation, qu’ils soient linéaires ou non-linéaires. En premier lieu, des essais ont été réalisés sur des tôles d’alliage d’aluminium 5086 (épaisseur initiale de 4 mm) à partir d’une forme d’éprouvette déjà proposée au laboratoire. Une nouvelle forme d'éprouvette cruciforme a été proposée pour des tôles moins épaisses (2 mm), plus répandues. Cet éprouvette a été validée pour étudier la formabilité d’un acier dual phase DP600 pour plusieurs chemins de déformation. Le deuxième objectif est de discuter la validité de critères classiques de rupture ductile. Pour les deux matériaux, un critère a finalement été identifié pour prédire assez précisément les résultats expérimentaux. / Sheet metal forming is very common in industry for producing various components. The optimal use of light alloys or high strength steels in transportation for energy economy, requires in-depth analysis of their formability. Usually, the formability of sheet metal is controlled by the onset of localized necking. However, under specific loadings (complex strain paths...), fracture characterizes the formability and the forming limit curve at fracture (FLCF) instead of the forming limit curve at necking (FLCN) should be considered. For identifying FLCN and FLCF under linear and non-linear strain paths, conventional methods require different experimental devices and geometrical specifications of specimen to cover a wide range of strain paths. However, using the in-plane biaxial tensile test with just one shape of cruciform is sufficient for that, even changes of strain path without unloading can be made during the test. The first objective of this study is to show that the in-plane biaxial tensile test with a single type of cruciform specimen permits to investigate the FLCN and FLCF of sheet metals under different linear and non-linear strain paths. Firstly, the forming limit strains at fracture of AA5086 sheet (t=4 mm) under linear and non-linear strain paths have been characterized, by testing an existed dedicated cruciform specimen. Thinner sheet metals are often used in industry, so a new shape of cruciform specimen with an original thickness of 2 mm was proposed. This specimen is successfully used to investigate the formability of DP600 sheet under linear and two types of non-linear strain paths. The second objective is to discuss the validity of commonly used ductile fracture criteria to predict the onset of fracture. Some ductile fracture criteria were used to produce numerical FLCFs for AA5086 and DP600 sheet. Finally, for the two tested materials, it is possible to find a criterion to predict the experimental FLCFs for either linear or non-linear strain paths.

Au cours de cette thèse expérimentale et numérique nous avons étudié le comportement d'un empilement de grains dans deux situations différentes. Dans une première partie, une piste en sable est soumise au passage répété de véhicules, sous certaines conditions un motif régulier de rides apparaît spontanément : c'est l'instabilité de tôle ondulée. Ce phénomène, très répandu sur les routes en terre ou en gravier, est bien sûr très gênant pour les automobilistes mais est aussi très dangereux à cause des pertes d'adhérence qu'il provoque. Nous avons alors reproduit ce phénomène à l'échelle du laboratoire et également dans des simulations numériques de dynamique moléculaire de sphères molles. Grâce à ces outils expérimentaux et numériques nous avons pu mettre en évidence certaines propriétés de l'instabilité. Nous avons notamment mesuré la relation de dispersion des rides et mis en évidence que ce phénomène suit une instabilité de type fourche super-critique. En mesurant les contraintes agissant sur le véhicule nous avons alors pu construire une analyse de stabilité linéaire prédisant quantitativement le seuil de l'instabilité ainsi que la longueur d'onde du motif. Enfin, nous avons étudié des cas plus complexes où différents véhicules circulaient simultanément sur la piste. Nous avons également considéré des cas où la piste était humide et donc cohésive. Dans une seconde partie, nous avons étudié le comportement d'un silo rempli de grains soumis à des variations de température. On observe alors un lent fluage de la colonne que nous avons caractérisé. Deux régimes de fluage sont observés selon l'amplitude des cycles de température et nous avons obtenu une expression de la température critique séparant les deux régimes en fonction des paramètres microscopiques des grains (élasticité et rugosité de surface). Nous avons également étudié le mouvement individuel de chaque grain afin d'interpréter la dynamique macroscopique de l'empilement.

Les alliages d’aluminium de la série 5xxx et 6xxx sont des matériaux de choix pour la carrosserie automobile. Le panneau extérieur est généralement en alliage 6xxx et le panneau intérieur en 5xxx. Les deux sont assemblés par sertissage. Le sertissage consiste à replier la tôle extérieure sur la tôle de renfort. Ce procédé peut conduire à des états de surfaces insatisfaisants pour la tôle externe. Ce travail porte sur la caractérisation de la pliabilité des alliages 6xxx. L’influence du taux de manganèse et du temps de traitement thermique de Bake Hardening a été examinée.Les mécanismes d’endommagement d’alliages d’aluminium 6xxx durant l’essai de pliage ont été déterminés expérimentalement et par éléments finis. Les alliages d’aluminium s’endommagent par la formation de bandes de localisation de la déformation à travers l’épaisseur de la tôle. Ces bandes de localisation entraînent la formation d’une ondulation de surface en peau externe, de striction puis fissuration des grains. Les travaux suivants ont été effectués :• quantification expérimentale de la localisation basée sur des observations EBSD,• étude de la localisation de la déformation par un modèle mécanique basée sur la microstructure,• étude de la striction de grains par plasticité cristalline.Les conclusions suivantes ont été tirées :• la texture initiale, de type aléatoire, permet d’expliquer l’initiation de la localisation de la déformation,• la répartition spatiale de la dureté et le taux d’écrouissage en grande déformation sont les paramètres principaux contrôlant la localisation de la déformation,• l’interaction entre premiers grains voisins est responsable de la striction des grains de la peau externe. / The need for weight reduction in the automotive industry has led to the development of aluminum alloys for body panels on a number of mass-produced vehicles. 6xxx series alloys are selected for outer panels. These panels are often joined to inner panels by hemming. A poor surface aspect after hemming may be observed on the outer panel. In present work, the influence of manganese content and of bake hardening time on the bendability of 6xxx series alloy sheets has been analyzed. Damage mechanisms during bending of 6xxx aluminum sheets have been characterized experimentally and simulated by a mechanical model. Damage is controlled by the development of through thickness strain localization. The localization leads to the development of surface instabilities, splitting of the outermost grains and then crack propagation. The following works have been done:• strain localization has been characterized by EBSD observations,• study of strain localization by mechanical model based on microstructure,• study of grains splitting by crystal plasticity.The following results have been concluded:• the random texture allows to explain the strain localization,• spatial variation of the yield stress and overall strain hardening are the most influence material parameters which control the strain localization,• interaction between first neighbour grains controls grain splitting.

Les tôles courbes sont de plus en plus fréquemment utilisées dans le domaine des ouvrages d'art à la fois pour raisons esthétiques et pour leurs performances mécaniques. Leur dimensionnement est cependant difficile du fait de l'absence de méthode dédiée dans les normes européennes, en particulier en ce qui concerne le voilement de l'Eurocode 3. Le recours à la modélisation par éléments finis est donc nécessaire mais bien souvent coûteux. La présente étude vise ainsi à développer une méthode simplifiée pour le dimensionnement des panneaux cylindriques soumis à une compression uniaxiale. La méthodologie utilisée est basée sur la démarche générale de l'Eurocode 3 pour tous les types de vérifications de stabilité. L'expression analytique obtenue est en bon accord avec les standards des recommandations de l'Eurocode. Cependant, cette démarche peut être difficile à reproduire dans la pratique quotidienne des ingénieurs face à un nouveau problème tel qu'une combinaison de chargements par exemple. Une méthode alternative basée sur la méthode des plans d'expérience numérique a donc été développée. Basée sur des outils statistiques, l'application de cette méthode permet facilement d'obtenir un résultat avec une bonne précision tout en nécessitant que peu simulations / The use of curved panels for the construction of steel bridges has become more and more popular due to structural performance, traffic and aesthetic requirements. Their design is however made difficult due to a lack of specifications, especially in European Standards. The use of finite element modeling is often necessary. This however requires very sophisticated and expensive models in terme of calculation times. The present study aims thus at developing a method for predicting the ultimate strength of cylindrical curved panels subjected to uniform axial compression. This method is based on the formal procedure recommended by Eurocode 3 for all types of stability verifications. The agreement with the numerical results is thus very good. However, this approach seems complex to reproduce in practice user when confronting a new problem such a combinaison of loading. An alternative method based on design of computer experiment is thus developed. Based on statistic notions, this turnkey methodology provides good results with the fewest simulations possible

Ce travail consiste en la mise au point d'une méthodologie simplifiée, utilisable industriellement, de réalisation virtuelle de procédés en formage de pièces massives avec la prise en compte de l'endommagement. Ceci permettra de prévoir l'apparition de l'endommagement ductile en cours de formage des pièces. On pourra agir sur les paramètres technologiques pertinents du procédé afin de retarder cet endommagement pour obtenir des pièces saines, ou au contraire favoriser celui-ci afin de simuler des procédés de coupe. Une formulation théorique générale du couplage comportement-endommagement est introduite, prenant en compte une loi d'évolution de l'endommagement ductile. Sur le plan numérique un soin particulier a été apporté à l'intégration locale des équations d'évolution couplées. Deux modèles sont proposés et discutés en détails: le couplage « fort » et le couplage « faible ». L'algorithme d'intégration utilisé est implicite et utilise une méthode classique de prédiction élastique-correction plastique pour le calcul des incréments des variables internes par un schéma de Newton-Raphson. Le calcul de la matrice tangente consistante prend en compte l'influence de l'endommagement ductile. Pour valider cette méthodologie, une large gamme de procédés dont certains sont issus de l'industrie, tels que le découpage de tôle, la compression de cylindres, le forgeage et l'extrusion d'un croisillon, la mise en forme d'un écrou six-pans, le filage,… est présentée, et comparée avec des essais expérimentaux quand cela est possible. La capacité de cette méthodologie à prédire correctement l'initiation et la propagation de l'endommagement en mise en forme est clairement démontrée

La modélisation des défauts de planéité apparaissant en ligne en laminage à froid des tôles minces est abordée comme un problème de flambage de tôles minces sous contraintes résiduelles. Celles-ci sont les contraintes engendrées au-delà de l'emprise par le laminage lui-même. Pour cela, un modèle de flambage et post-flambage de tôle (forme, amplitude, contraintes) fondé sur la méthode multi-échelle de Damil et Potier-Ferry, et nommé MSBM pour Multi-Scale Based Method, a été développé. En entrée, on y introduit une carte de contraintes post-emprise venant d'un calcul de laminage. Les hypothèses simplificatrices du modèle de flambement permettent de ramener sa résolution à un ensemble de problèmes éléments finis 1D, mais de ce fait restreignent l'analyse aux défauts de type bord long ou centre long. Dans sa version découplée, ce modèle a été comparé avec succès à des résultats de la littérature. Il permet d'effectuer des études paramétriques d'intérêt pratique, comme l'influence du frottement ou de la force de contre-flexion des cylindres sur l'état de contrainte et la géométrie de la tôle.Dans un second temps, ce modèle est introduit comme modèle de flambage intégré dans le logiciel éléments finis de laminage Lam3/Tec3. Comme dans le modèle précédent implémenté par Abdelkhalek en 2010, MSBM calcule un champ de déformation lié spécifiquement aux déplacements hors-plan caractérisant le flambage, champ de déformation qui est ajouté à la décomposition élastique - plastique et réactualisé à chaque itération du calcul éléments finis. Des comparaisons ont été effectuées avec les deux modèles couplés précédemment implantés par Abdelkhalek. Elles montrent les insuffisances du présent modèle de flambage, unidirectionnel, qui ne permet pas de traiter toutes ensemble les diverses instabilités, d'orientations différentes, qui ont lieu après la sortie d'emprise et se révèlent fortement couplées entre elles. Des pistes d'amélioration sont proposées en conséquence.

Les tôles courbes sont de plus en plus fréquemment utilisées dans le domaine des ouvrages d'art à la fois pour raisons esthétiques et pour leurs performances mécaniques. Leur dimensionnement est cependant difficile du fait de l'absence de méthode dédiée dans les normes européennes, en particulier en ce qui concerne le voilement de l'Eurocode 3. Le recours à la modélisation par éléments finis est donc nécessaire mais bien souvent coûteux. La présente étude vise ainsi à développer une méthode simplifiée pour le dimensionnement des panneaux cylindriques soumis à une compression uniaxiale. La méthodologie utilisée est basée sur la démarche générale de l'Eurocode 3 pour tous les types de vérifications de stabilité. L'expression analytique obtenue est en bon accord avec les standards des recommandations de l'Eurocode. Cependant, cette démarche peut être difficile à reproduire dans la pratique quotidienne des ingénieurs face à un nouveau problème tel qu'une combinaison de chargements par exemple. Une méthode alternative basée sur la méthode des plans d'expérience numérique a donc été développée. Basée sur des outils statistiques, l'application de cette méthode permet facilement d'obtenir un résultat avec une bonne précision tout en nécessitant que peu simulations