First applications of a novel unified model for global and local buckling of sandwich columns.

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Influence of criteria on the determination of forming limits in thickness reduced cruciform specimens

International audienceBiaxial tensile test methods using cruciform specimens have been drawing attention as an effective approach to characterize sheet metal formability. The cruciform specimens usually adopt a thickness reduction at the central area to achieve a relatively large strain gradient for localized necking and fracture investigation. For conventional tests, many criteria have been proposed to determine the forming limits at necking, however, none has been widely accepted and applied to the cruciform specimens with non-uniformed thickness reduction. Therefore, in this work, different existing necking criteria are applied and discussed for numerical procedure in order to define an appropriate necking criterion for the thickness reduced cruciform specimens. AA6061-T4 sheet with a thickness of 2mm is used as a target material. The predicted forming limit curves are compared for different criteria, and the feasibility of each criterion is discussed in detail. Thanks to two dedicated specimens proposed by the authors, forming limits are determined for a wide range of strain states

Global, local and interactive buckling in sandwich structures.

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Nonlinear interaction of geometrical and material properties in sandwich beam instabilities.

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Failure stresses of plain weave glass/epoxy under different in-plane biaxial loading ratios

National audienceComposite materials are widely used in engineering applications. The mechanical characterization of these materials is of major importance and the in-plane biaxial tensile test can be an interesting alternative to conventional uniaxial tensile tests along multiple directions. The major problem related to this test is the design of the cruciform specimen. In this study, the objective lies in the failure characterization of composite materials under a wide range of stress state. The proposed specimen is composed of two aluminum tabs glued on each side of a constant thickness composite sample. Experimental biaxial tensile tests are led for several displacement loading ratios from uniaxial to equi-biaxial stretching. Major and minor strains in the central zone (calculated by DIC technic) and measured tensile forces along the two specimen axes constitute the experimental database. According to the loading ratios, the minor and major stresses (or strains) at the onset of failure will define a failure envelop for the material.Les matériaux composites sont largement utilisés dans les applications d'ingénierie. Dans le cadre de la caractérisation mécanique de ces matériaux, l'essai biaxial sur éprouvette plane peut s'avérer intéressant par rapport à l'essai conventionnel de traction uniaxiale réalisé selon différentes directions. Cependant, la définition de la géométrie de l'éprouvette cruciforme constitue une difficulté majeure pour cet essai. Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est de caractériser le comportement à la rupture d'un matériau composite dans une large gamme d'états de contraintes. L'éprouvette proposée est composée des deux talons d'aluminium collés de chaque côté du matériau composite d'épaisseur constante. Les essais de traction biaxiale sont réalisés pour différents chemins de déformation allant de la traction uniaxiale jusqu'à la traction équi-biaxiale. Les déformations majeures et mineures dans la zone centrale (calculées par la méthode de corrélation d'images) et les efforts mesurés selon les deux axes de l'éprouvette constituent la base expérimentale. En se basant sur l'ensemble des chemins de déformation testés, une enveloppe de rupture du matériau étudié peut être obtenue à partir des contraintes (ou déformations) majeures et mineures déterminées au moment de la rupture de l'éprouvette

Incremental forming of Titanium T40 sheet: experimental and numerical investigations

National audienceSingle point incremental forming process (SPIF) has a great potential to manufacture small series of customized products. During SPIF process, the sheet metal is clamped and locally deformed, in an iterative way, by a hemispherical tool that follows a specified trajectory. The use of industrial robots to implement this process aims to improve its flexibility (increased volumes of work and complexity of the formed parts) and to reduce its cost. For these mechanical systems, for which the structural rigidity is low, the prediction of forming forces associated to an elastic modeling of the robot is necessary to compensate tool path errors due to the robot compliance and to ensure the geometrical quality of the final part. The forming forces can be predicted from a finite element simulation of the process and used then as input data to the elastic modeling of the robot. However, the accuracy of the calculated loads depends strongly on the constitutive material behavior of the blank introduced in the simulation of the SPIF process. In this context, the aim of this study is to evaluate the ability of a simple elasto-plastic model, identified from conventional tensile tests carried out on a T40 titanium alloy, to predict the forming loads used to manufacture a truncated cone. The evaluation of the model is performed by comparing numerical predictions with the experimental results (efforts and geometry).Le procédé de formage incrémental mis en oeuvre avec un poinçon unique et de forme simple (SPIF) présente un fort potentiel pour la fabrication en petites séries de produits personnalisés et de formes complexes. Au cours du procédé SPIF, la tôle est bridée et un outil hémisphérique la déforme localement, de manière itérative, en suivant une trajectoire bien spécifique. L'utilisation de robots industriels pour mettre en oeuvre ce procédé a pour objectif d'améliorer sa flexibilité (augmentation du volume de travail et complexité accrue des pièces formées) et de diminuer son coût de revient. Pour ces systèmes mécaniques, dont la rigidité structurelle est faible, la prédiction des efforts de formage associée au modèle élastique du robot est nécessaire pour compenser les erreurs de trajectoire de l'outil et pour garantir la qualité géométrique de la pièce finale. Les efforts de formage peuvent être prédits à partir d'une simulation par éléments finis du procédé et utilisés ensuite comme données d'entrée du modèle élastique du robot. Cependant, la précision des efforts calculés dépend fortement du modèle de comportement du matériau constitutif du flan introduit dans la simulation du procédé SPIF. Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est d'évaluer l'aptitude d'un modèle élasto-plastique simple, identifié à partir d'essais de traction conventionnels réalisés sur un alliage de titane T40, à prédire les efforts de formage mis en jeu lors du formage d'un cône tronqué. L'évaluation du modèle est réalisée en comparant les résultats (efforts et géométrie) numériques et expérimentaux

Effect of temperature and strain rate on the mechanical behavior of discontinuous glass fibre reinforced thermoplastic composite

International audienceThe use of discontinuous glass fibre reinforced thermoplastic composites is nowadays increasing in many fields, e.g. automotive, marine, industrial, biomedical and aircraft structures due to their good mechanical properties and environmentally-friendly nature (recycleability). Although such types of material show many advantages, their sensitivity to temperature and strain rate complicates their study. During manufacturing processes (thermoforming, compression moulding...), the thermoplastic composites may be subjected to severe conditions : high strain rates and temperatures, complex strain paths, resulting in significant changes of their mechanical properties. In this study, the mechanical behaviour of long glass fibre reinforced polypropylene is evaluated by performing uniaxial tensile tests at strain rates ranging from 0.001s−1 to 10s−1 under different temperatures starting from ambiant up to 120◦C. On the basis of the experimental results, a phenomenological material behavior model that depends on temperature and strain rate is identified. The uniaxial tests are then considered as a preliminary step to prepare for more complex mechanical characterization by means of biaxial tensile tests on cruciform shaped specimens, integrating the effect of strain path in addition to temperature and viscous effects.L'utilisation de composites thermoplastiques renforcés par des fibres de verre discontinues se développe aujourd'hui dans de nombreux secteurs (automobile, marine, biomédical, aéronautique) en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur caractère éco-responsable (recyclabilité). Bien que ces types de matériaux présentent de nombreux avantages, leur sensibilité à la température et à la vitesse de déformation rend leur étude complexe. Au cours de leur mise en forme (thermoformage, moulage par compression...), les composites thermoplastiques peuvent être soumis à des conditions sévères : vitesses de déformation et températures élevèes, chemins de déformation complexes, pouvant entraîner des changements significatifs des propriétés mécaniques. Dans cette étude, le comportement mécanique du polypropylène renforcé de fibres de verre longues est évalué en réalisant des essais de traction uniaxiale à des vitesses de déformation allant de 0,001s −1 à 10s −1 pour des températures allant de l'ambiante jusqu'à 120 • C. Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle phénoménologique du comportement du matériau utilisé dépendant de la vitesse de déformation et de la température est identifié. Ces essais uniaxiaux sont alors considérés comme une étape préliminaire pour préparer une caractérisation mécanique plus complexe au moyen d'essais de traction biaxiaux sur des éprouvettes de forme cruciforme, intégrant en plus des effets température et visqueux, l'effet du chemin de déformation

Identification of forming limits at fracture of DP600 sheet metal under linear and unloaded non-linear strain paths

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Strength characterization of glass/epoxy plain weave composite under different biaxial loading ratios

International audienceOver the past years, various studies have been investigated in order to characterize the behavior of composite materials under different multi-axial loading conditions. One of the most used biaxial techniques is the in-plane biaxial test on cruciform specimens. To achieve reliable biaxial failure results, the design of the cruciform specimen presents a crucial part. Previous studies show that there is no well-adapted cruciform geometry for the composite biaxial tests. In this paper, an optimal cruciform specimen has been defined numerically for the composite characterization test. The specimen is composed of two aluminum tabs glued on top and bottom side of the plain-weave glass/epoxy composite. Finite element simulations have been carried out in order to study the influence of the aluminum grade and thickness on the stress distribution in the composite. An experimental validation confirms the failure of the specimen in the central zone under three different biaxial tensile ratios. The experimental strains were evaluated using the digital image correlation method. The traction/traction quadrant of the failure envelop was obtained and compared with different failure criteria. The maximum strain criterion shows a good agreement with the experimental results