Simplified numerical approach for incremental sheet metal forming process

The current work presents a finite element approach for numerical simulation of the incremental sheet metal forming (ISF) process, called here ‘‘ISF-SAM’’ (for ISF-Simplified Analysis Modelling). The main goal of the study is to develop a simplified FE model sufficiently accurate to simulate the ISF process and quite efficient in terms of CPU time. Some assumptions have been adopted regarding the constitutive strains/stresses equations and the tool/sheet contact conditions. A simplified contact procedure was proposed to predict nodes in contact with the tool and to estimate their imposed displacements. A Discrete Kirchhoff Triangle shell element called DKT12, taking into account membrane and bending effects, has been used to mesh the sheet. An elasto-plastic constitutive model with isotropic hardening behaviour and a static scheme have been adopted to solve the nonlinear equilibrium equations. Satisfactory results have been obtained on two applications and a good correlation has been shown compared to experimental and numerical results, and at the same time a reduction of CPU time more than 60% has been observed. The bending phenomenon studied through the second application and the obtained results show the reliability of the DKT12 element

Développement d'une Approche Simplifiée de la simulation numérique du formage incrémental

La simulation numérique du formage incrémental permet de prédire la formabilité et la qualité de la géométrie pour une trajectoire donnée. Avec les modèles classiques, le temps CPU de la simulation est très long. Le principe de l'Approche Simplifiée est d'éviter la description de l'outil et du contact en le remplaçant par une imposition locale et évolutive de déplacement à certains n uds. L'AS permet d'avoir une bonne estimation de la géométrie et de l'épaisseur de la pièce avec un temps de calcul réduit. Un travail sur l'adaptation d'un élément fini de type coques DKTRF est effectué

Contribution à une Approche Simplifiée pour la simulation numérique du formage incrémental

Le formage incrémental est un procédé innovant de mise en forme des tôles métalliques. A l’aide d’un outil à bout hémisphérique, la tôle encastrée sur son contour est déformée localement suivant une trajectoire d’outil définissant ainsi la forme finale de la pièce. La maîtrise de la simulation numérique de ce procédé permet de prédire la formabilité et la qualité de la géométrie de la pièce pour une trajectoire donnée. Les algorithmes classiquement utilisés pour la simulation de la mise en forme des tôles amènent à des temps de calculs très longs dans le cas du formage incrémental. Pour diminuer les temps de calcul, une Approche Simplifiée a été développée. Cette approche permet de se soustraire de l'intégration de l'outil et de l’algorithme de contact dans la simulation numérique, en les remplaçant par une imposition locale et évolutive de déplacements sur certains nœuds supposés être en contact avec l’outil. Une alternative supplémentaire est proposée pour diminuer la durée d’une séquence de simulation, en utilisant un élément fini de type coque, appelé DKTRF (Discrete Kirchhoff Triangle Rotation Free). Cet élément permet de tenir compte des effets de membrane et de flexion avec un nombre limité de degré de liberté, 9 ddl par élément. Les termes en flexion de la matrice tangente élémentaire sont définis en fonction des déplacements nodaux des éléments adjacents. Aucun degré de liberté de type rotation n’est utilisé. Ces méthodes permettent d’obtenir de bonne estimation de la géométrie, de l’épaisseur de la pièce et des déformations, les temps de calculs sont réduits jusqu’à 80% par rapport au calcul classique avec un logiciel de simulation

Comparison between incremental deformation theory and flow rule to simulate sheet-metal forming processes

Numerical simulation of the deep drawing process for the manufacture of aeronautical or automotive components should predict with good accuracy the behaviour during the forming operation, taking into account, the material and the process parameters. Existing simulation strategies give good results, however calculation time are long due to the high degree of non-linearities of these problems. The objective of this work is therefore to decrease the calculation time, resulting from the non-linear material behaviour. A new algorithm based on incremental deformation theory (related to Hencky Theory) is presented, in order to compute the plasticity rule in a finite element code (ABAQUS). This algorithm is used to simulate two sheet-metal forming processes: typical stretch forming operation and incremental single point sheet forming. For each case the new algorithm is compared with a classical flow rule plasticity law. In order to have a valid comparison in terms of CPU time, the two material behaviour laws have been implemented in ABAQUS EXPLICIT using the material user function (VUMAT). Good agreement in terms of the stress state and thickness distribution is obtained with the new approach. A significant decrease in CPU time is observed when the major source of non-linearity comes from the material behaviour

Contribution à l'optimisation des paramètres du procédé d'emboutissage des tôles minces par l'approche inverse

COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Contraintes et potentialités du procédé innovant FSW pour la reconception de produit

Le procédé de soudage FSW est un procédé relativement récent dont le premier brevet date de 1991. Ses principaux avantages proviennent du fait qu’il permet de réaliser des soudures à l’état solide de proche en proche. Ceci lui permet d’assembler des pièces de géométrie complexes dans des alliages difficiles à souder par fusion. Toutefois le principe physique et technologique du procédé est très différent de celui des procédés de soudage par fusion. Notamment, la soudure est obtenue par l’action mécanique d’un outil en interaction avec la matière à souder. Pour évaluer la pertinence et le gain potentiel d’une soudure FSW par rapport à une soudure conventionnelle à l’arc une étape de reconception détaillée des pièces en intégrant les potentialités et lescontraintes du FSW est nécessaire. Dans cet article est présentée une première contribution à la mise en place d’un processus de reconception de produit en intégrant le potentiel du FSW. Ce travail, à partir d’une étude de cas s’appuie sur l’identification des contraintes et des potentiels du FSW et leur intégration dans le processus de fabrication de la pièce et l’évaluation des performances et du coût de la pièce

An optimization procedure for designing layered stamping tools assembled by screws

International audienc

Contribution à la simulation numérique des procédés de mise en forme (application au formage incrémental et au formage superplastique)

L allègement de la masse des structures est au cœur des développements des industries du transport. Pour y parvenir, les pièces intègrent de plus en plus de fonctions, leurs géométries deviennent alors très complexes. Pour réaliser ces produits, les industriels ont recours à des stratégies d optimisation utilisant des méta-modèles numériques prenant en compte l'enchaînement des étapes de conception et de fabrication des pièces. Cependant les temps de simulation sont encore très élevés. Ces travaux se sont intéressés à l'amélioration des protocoles de simulation numérique de procédés de mise en forme d'emboutis profonds. Dans un premier temps, ils ont permis de développer des méthodes numériques pour diminuer les temps de simulation du procédé de formage incrémental. Un schéma de résolution en dynamique explicite est utilisé avec une vitesse de l outil adaptée. Cette méthode à permis de réduire significativement le temps CPU, tout en conservant une bonne prédiction des géométries et des épaisseurs. Les travaux se sont également intéressés à l utilisation de la théorie de la déformation incrémentale pour diminuer le temps de résolution du calcul élasto-plastique. De bons résultats sont observés mais le gain de temps est faible (4.5%). Une approche simplifiée du contact a également été développée. De bons résultats sont obtenus avec un gain de temps d un facteur 2.13 en comparaison de celui obtenu avec une vitesse adaptée. Dans un deuxième temps, une étude sur la réalisation d'emboutis profonds par formage superplastique a été menée de manière à pouvoir à terme enchaîner les deux procédés. Elle a porté sur la détermination d'une loi de pression optimale. Deux algorithmes ont été développés en fonction du protocole pour entrer la loi de pression dans les machines industrielles. Les algorithmes développés permettent un bon contrôle du domaine superplastique. Un temps de calcul réduit d un facteur 3 est observé, en comparaison avec des méthodes issues de la littérature.The industrial transport industry is constantly trying to reduce the mass of structural components. In order to do this, many components become multifunctional and their geometries become very complex. When manufacturing these components, engineers use various optimization strategies, incorporating numerical modeling methods in order to take into account the design and manufacture steps. However, the simulation can be very time consuming. This work focus on the improvement of the numerical simulation of sheet metal forming processes for deep drawn components. Firstly, numerical methods have been developed to reduce the CPU time for the simulation of incremental sheet forming. A dynamic explicit scheme is use in which the velocity of the tool is varied. This method permits significant reduction of the CPU time, while maintaining good accuracy of the geometry and thickness.This work has also focused on the use of incremental deformation theory to reduce the calculation time far elasto-plastic analyses. Accuracy is maintained however a lime gain of only 4.5% is achieved. In addition, a simplified approach has been developed to model the contact between the toot and the sheet. Good accuracy is observed with a reduction of the CPU by a factor of 2.13 compared with the variable tool velocity approach. Secondly, a study of the manufacturing of deep drawn parts by superplastic forming has been undertaken. This is because in the future it is expected that bath of these processes will be used to form one part, in sequential operations. The aim was to determine an optimal pressure law by numerical simulation. Two algorithms have been developed. The appropriate algorithm to use depends on the type of forming machine available. The superplastic domain is well controlled with the algorithms developed. A reduction of the CPU time by a factor of 3 is observed in comparison with other algorithms found in the literature.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF