A Laser Speckle Method for Measuring Displacement Field. Application to Resistance Heating Tensile Test on Steel

International audienceStrain field measurement with non intrusive techniques is needed in order to characterize the behaviour of steels at high temperatures and when subjected to small displacements. In this work we present a technique based on laser-produced speckles coupled with a cross-correlation cross-spectrum method. This method proves more accurate than cross-correlation for small displacements. The laser wave length used (532 nm) allows to perform strain measurements, even with heat radiation

Thermo-mechanical tests combining thermal, mechanical and physical measurements

International audienceNumerical models of many forming processes of metals rely on description of rheological characterization of the metallic alloys, which can turn very difficult at high temperature. In this work, a direct resistance heating machine (Taboo) has been developed to perform cyclic loadings at very low strain rates (10-3 and 10-4 s-1) between 900°C and the solidus temperature. We fir st describe the experimental setup; then we present several measurement techniques. A specificity of resistance heating machines is to deal with non negligible temperature gradients around the center of the sample which induce heterogeneous strains. To measure displacements, a specific set-up has been constructed using speckle correlation. It has several advantages like full field and non destructive displacement measurement. Thanks to this method we obtain full field measurements. Electric current and resistivity measurements are also performed all along the heating/cooling and deformation stages. They can be correlated to phase transformation. Finally, we describe a numerical model for simulating and analysing the tests with a combined electrical, thermal and mechanical model. The main goal is to help designing optimal sample geometry using to identify mechanical parameters by inverse analysis

Vers une optimisation de la tenue à la fatigue de pièces forgées intégrant l'histoire mécanique des matériaux

International audienceLes pièces métalliques forgées présentent un fibrage qui leur confère des propriétés mécaniques anisotropes. L'objectif de notre étude consiste à définir la notion de fibrage dans le cadre de la simulation numérique, et à l'utiliser dans l'estimation de la durée de vie de pièces en fatigue. Nous nous focalisons ici sur la fatigue à haut nombre de cycles, et nous traitons les aciers contenant des inclusions malléables supérieures à une taille caractéristique. Un nouveau critère de fatigue multiaxial est proposé, sur la base du critère de Murakami, et a été implémenté dans le logiciel éléments finis FORGE3®. Une variable représentant le fibrage est calculée lors de la simulation de forgeage, puis utilisée lors du calcul de fatigue anisotrope. Les contraintes résiduelles obtenues en fin de forgeage sont elles aussi prises en compte dans notre modèle. Enfin une chaîne de simulation virtuelle, intégrant les simulations de forgeage et de fatigue, est réalisée. Les résultats obtenus montrent que l'on peut améliorer la tenue à la fatigue des pièces forgées en modifiant les conditions de mise en forme, telles que le fibrage initial ou encore la géométrie de la pièce. = Forging of metal components induces grain flow orientation, which gives rise to anisotropic mechanical properties. Our study deals with the definition and the use of this grain flow anisotropy into fatigue life calculation. We have focused on high cycle fatigue, and we deal with steels containing malleable inclusions above a critical size. A new multiaxial criterion has been developed on the basis of the Murakami equation. This criterion has been implemented in the finite element code Forge 3®. This computational tool uses a new variable to represent the grain flow orientation provided by forging simulation to account for subsequent fatigue anisotropic behaviour. Moreover, residual stresses resulting from forging are also taken into account to perform the fatigue calculation. Finally, a virtual simulation chain, including Forging and Fatigue calculation is carried out. The final goal is to improve fatigue properties by modifying forging conditions

Approche multi-échelles pour l'étude de l'anisotropie induite par le forgeage en fatigue à grand nombre de cycles = A multiscale finite element approach to deal with high cycle fatigue anisotropy induced by forging

Cet article est basé sur l'exposé présenté lors des Journées annuelles de la SF2M, JA 2010, Paris, 22-24 juin 2010. La publication originale est disponible sur le site http://www.revue-metallurgie.orgInternational audienceLes pièces de forge sont universellement reconnues pour leurs bonnes propriétés mécaniques, notamment en fatigue. L'approche proposée ici consiste à intégrer la simulation du forgeage dans le dimensionnement en fatigue des pièces forgées. Le fibrage et le taux de corroyage sont deux caractéristiques principales du forgeage. À l'aide du logiciel FORGE®, le fibrage est calculé tout au long des opérations de mise en forme. Ce fibrage, ainsi que les contraintes résiduelles, sont ensuite introduits dans des outils de dimensionnement pour améliorer la prédiction du calcul de durée de vie en fatigue. Les critères de fatigue actuels, basés sur des modèles isotropes, ne permettent pas de valoriser le sens long de ce fibrage, et par là les pièces de forge, car c'est en général dans ce sens que ces pièces sont le plus sollicitées. Une extension anisotrope du modèle de Papadopoulos est proposée sur la base d'une campagne expérimentale effectuée sur des éprouvettes prélevées à 0°, 45° et 90° par rapport à la direction de fibrage. Une modélisation à l'échelle micro (DIGIMICRO) permet également de mieux comprendre le rôle des inclusions sur les sollicitations en fatigue. La mise en place d'une chaîne de simulation virtuelle globale à l'échelle d'un composant industriel, associée à des modélisations microstructurales, permet de mieux comprendre et de quantifier le rôle du fibrage sur les propriétés en fatigue à grand nombre de cycles des pièces forgées = Forged components are recognized for their good mechanical strength and fatigue properties. The methodology presented here consists in improving fatigue analyses of forged components by accounting for the forging simulation stage. Kneading rate and grain flow orientation are two consequences of the forging process. Using the FORGE® software, grain flow orientation is computed all along the forming process simulation. This grain flow orientation, as well as residual stresses, are then used as input data to enhance the fatigue analysis. Usual isotropic fatigue criteria are usually unable to demonstrate the higher fatigue properties of forged components along the grain flow orientation. An anisotropic extension of the Papadopoulos fatigue criterion is defined here. This extension is based on experimental fatigue results obtained on samples extracted at 0°, 45° and 90° with respect to the grain flow orientation. A numerical modelling is performed at the microscale using the DIGIMICRO software. These simulations give a better understanding on the influence of elongated particles and cluster of particles on high cycle fatigue mechanisms. A virtual simulation chain is set-up to work on real industrial components. This simulation chain, together with microscale numerical modelling demonstrate the positive influence of the grain flow orientation of forged components on high cycle fatigue properties of industrial parts

Testing and modelling the behaviour of steel sheets for roll levelling applications

International audienceThree different models are developed to determine the loading modes experienced by the material in roll levelling operations (a finite element approach, an analytical and a semi-analytical model). This study shows that the semi-analytical model is the more appropriate in order to determine the parameters of rolls levellers and the analytic one is sufficient to define the size of the levellers. A specific experimental testing set-up, SOFT (Sheet Oscillatory Flexion Test), has also been designed and used to determine the mechanical response of steel sheets under the different loading modes of the process. The equipment is described and the first results in terms of materials parameters identification are presented, for further analysis and optimisation of roll leveller industrial set-ups

Numerical modelling of clip manufacturing: focus on the heat treatment

International audienceNowadays, manufacturers of clips have to face dimensional problems of their products which are heat treated. By using the numerical approach, companies want to understand reasons of these deformations. Thanks to the modeling of the shaping operation, we obtain the shape and residual stresses of the clip ready for heat treatment. After to have identify thermomecanic parameters used by FORGE2005®TTT on a specific test bench called TABOO, we study the quenching and heating operations. We can so notice that geometrical evolutions are mainly due to residual stresses of bending

Caractérisation du comportement anisotrope de tôles d'aluminium

National audienceDeux méthodes de caractérisation du comportement anisotrope de tôles sont comparées. Les coefficients de Lankford de tumé : ôles en alliage d'aluminium-magnésium sont tout d'abord déterminés via des essais de traction à température ambiante. Un système de reconnaissance automatique de motifs aléatoires est utilisé pour analyser ces essais en termes de comportement mécanique et pour identifier les coefficients d'anisotropie. En parallèle, des essais d'emboutissage de type Nakazima ont été réalisés, puis analysés à l'aide d'un module d'analyse inverse. Ce modèle s'appuie sur une méthode d'optimisation automatique couplée à un logiciel éléments finis tridimensionnel. Le comportement anisotrope des tôles d'aluminium est modélisé en utilisant un critère de Hill. Les mesures de champs de déformation obtenues avec le système de corrélation d'images sont utilisées pour identifier les paramètres du critère de Hill. Les coefficients de Lankford ainsi déterminés sont comparés à ceux issus des essais de traction

Modélisation multi-physique couplée d'un procédé de traitement thermique par induction

http://hdl.handle.net/2042/36901International audienceL'étude s'applique à la trempe après chauffage par induction localisé d'une tôle emboutie. Le procédé génère des distorsions dans la structure qui sont à maîtriser. Un outil de calcul numérique tenant compte des couplages multi-physiques entre électromagnétisme, thermique, mécanique et métallurgie est alors nécessaire. La création d'un tel outil utilisant la méthode des éléments finis est le but de ce travail

Detection of deviations origins in a heat treatment process using Proper Orthogonal Decomposition (POD) basis

International audienceIt is well know that the heat treatment step of gearbox cogwheel induces distortions of the parts. In addition, some deviations of this deformation are often observed, due to unknown changes of process parameters. These deviations, and more precisely the detection of their origin, are the subject of this paper. We propose here a methodology based on the projection of measurements after heat treatment on a POD (Proper Orthogonal Decomposition) basis, extracted from FEM computations. This information about deviation origin can help correct incriminated process parameters

Two-Phase Approach for Solidification Problems: Modelling the Mushy Zone Deformation

International audienceThis paper exposes the development of a two-phase model accounting for mass, momentum and energy transfer, especially dedicated to the analysis of the thermo-mechanical behavior of metallic alloys in the mushy state. Macroscopic balance equations are first derived from local ones by the use of a spatial averaging method. Constitutive equations of both the liquid and the solid phases as well as interfacial exchange terms are then expressed by the mean of phenomenological considerations. Lastly, the resolution strategy is detailed