Damage and Discrete Crack Propagation Modelling : Some Results and Challenges For 2d And 3d Configurations

International audienceIn this paper we present a technique to model damage and fracture mechanics using remeshing in 2D and 3D configurations. We use the finite element software FORGE2® and FORGE3® which can deal with elastic, elastoplastic and elastic-viscoplastic materials in large deformation. Coupled damage models (Lemaître and Gurson) have been implemented to model the progressive mechanical degradation of the material during its deformation. Once damage reaches a critical value, fracture has to be modelled. 2D remeshing technique and crack propagation criteria are presented to model automatic discrete crack propagation for different configurations. Extension to 3D modelling of fracture is also discussed

Intégration de la phase de mise en oeuvre dans le dimensionnement des pièces industrielles forgées

National 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 est l'une des caractéristiques principales du forgeage. A l'aide du logiciel FORGE2005®, 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. Par contre, 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 Morel 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 des évolutions 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

Ductile Damage Material Parameter Identification: Numerical Investigation

International audienceCalibration of damage parameters is an important issue for the use of damage laws, and particularly for industrial manufacturing processes. This paper deals with an adapted procedure to identify Lemaitre damage parameters using tensile tests. An adapted objective function is built, and Efficient Global Optimisation (EGO) algorithm is chosen to solve the minimisation problem. This procedure is investigated by constructing a landscape of the objective function. This global sensitivity analysis enables to compare different solutions. The sensitivity analysis exhibits some pathological identification issues: multiple extrema and weak gradient. This sensitivity analysis shows some limitations of identification using load-displacement curves: In particularly the non-uniqueness of the set of parameters. The identification procedure is finally validated for an HSS S355MC steel material used in industrial joining application

Numerical investigation of ductile damage parameters identification: benefit of local measurements

International audienceIdentification of material parameters is an important issue to improve the accuracy of finite element computations. Identification of these parameters by inverse analysis is based on experimental observables coming from mechanical experiments. In this paper, a simple tensile test is used. Two types of observables are investigated to identify ductile damage law parameters. The first one is a global measurement, such as the load-displacement curve. The second is a local observable based on full field measurements. Our approach, based on response surfaces, allows an efficient analysis of identification issues. Ill conditioned problems and multi-minima can be obtained using only a global observable. Full field measurements are a good way to improve the identification of plastic hardening and damage law parameters. In fact, local measurements combined with global ones, lead to a better formulation of the inverse problem

Identification methodology and comparison of phenomenological ductile damage models for complex loading paths

National audienceUnderstanding and modeling of ductile damage mechanisms remains a major issue for many industrial cold forming processes. The ability of numerical modeling to predict the ductile fracture is indeed crucial. However, this modeling is limited because of the complexity to take into account the influence of the complex loading paths (multi-axial and non-monotonic, nonproportional, shear effects, etc.) on damage mechanisms

Simulation des assemblages par déformation. Vers une approche intégrée de l'assemblage dans la phase de dimensionnement

International audienceL'augmentation de structures multimatériaux dans de nombreuses industries conduit à une utilisation de plus en plus importante des procédés d'assemblage. Nous nous intéressons ici plus particulièrement aux procédés d'assemblage ponctuels par déformations plastiques tels que les différentes familles de rivetage ou encore de clinchage. Dans l'industrie automobile par exemple, la volonté permanente d'alléger la " caisse en blanc " conduit à l'utilisation de plus en plus fréquente de métaux légers tels que les alliages d'aluminium, ou encore de tôles polymères composite. Le point de soudure, majoritairement utilisé pour l'assemblage de tôles de carrosserie, n'est alors plus adapté. Les techniques de rivetage autopoinçonneur ou encore de clinchage représentent alors des solutions idéales, alliant facilité de pose, tenue mécanique appropriée et assemblage propre (absence de fumée, de projections, de bruit, d'eau)

Mechanical behaviour of iron oxide scale: Experimental and numerical study

2nd International Conference on Tribology in Manufacturing Processes (ICTMP2004), Nyborg, Denmark, June 15-18, 2004International audienceThe paper addresses the identification of constitutive parameters of thick, brittle layers on metal substrates. Application is to the iron oxide behaviour during hot rolling processes of steel, where oxide scale breaking and embedding is one of the major causes of surface defects. Contact management of a FEM software has been adapted in order to address the transitions corresponding to transverse oxide fracture, along with two other mechanisms, namely delamination and interfacial stick/slip. It is applied to the hot strip rolling process to show pre-bite cracking and its consequences ("micro-extrusion" of the metal). To approximate the stress state prevailing at roll bite entry, the Four-Point Hot Bending Test (4PHBT) has been selected for the measurement of oxide properties. Oxidation is made in situ in the test rig under conditions similar to a hot strip mill (HSM) environment. Comparison of load-deflection curves for oxidized and non-oxidized samples allows the mechanical properties of the oxide to be determined. Above a critical temperature T-c - around 700 degrees C, but depending on strain rate - the oxide is ductile (with a very narrow plastic strain range, epsilon(p) < 10(-2)) and elastic-viscoplastic (EVP) constitutive parameters are identified numerically. Below T-c, brittleness is manifested by an array of transverse, through-thickness cracks. Acoustic emission (AE) has been used to help detect the onset of fracture, while numerical simulation gives the critical fracture stress at the corresponding point of the load-deflection curve. Results for four low carbon steel grades are compared

Understanding and Modeling of Void Closure Mechanisms in Hot Metal Forming Processes: A Multiscale Approach

International audienceAfter casting, metal ingots may contain voids of different shapes and sizes which need to be eliminated in order to deliver a sound material. Hot metal forming processes are regularly used in the industry to reach this goal, but the calibration of these processes to get a complete closure of internal voids is still an issue. Existing models in the literature are either based on explicit full-field approaches or micro-analytical approaches. Both approaches have significant limitations regarding industrial issues. A new multiscale approach is thus proposed here. Based on realistic macroscopic loading conditions, extracted from the process scale, meso-scale simulations are conducted on a representative volume element containing an ellipsoidal void. The ellipsoidal void's shape factor and orientation with respect to the loading direction are considered in the void closure evolution law in addition to the classical mechanical parameters (equivalent plastic strain and stress triaxiality ratio). Several process and void morphological parameters are analyzed regarding void closure and the proposed mean field model is validated by comparison with explicit full field simulations of hot rolling

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

Etude par éléments finis des effets de la distraction ostéogénique sur l'articulation temporo-mandibulaire

National audienceUn modèle éléments finis 3D complet de l'appareil masticateur a été développé afin d'étudier la répartition des contraintes de von Mises au niveau des disques et condyles de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM), pendant la phase de mastication, avant et après une opération de distraction ostéogénique symphysaire. Contrairement aux travaux disponibles dans la littérature, notre modèle prend en compte l'asymétrie naturelle d'un patient et montre que la distribution des contraintes est également asymétrique, aussi bien au niveau des disques articulaires que des surfaces condyliennes. Compte tenu du faible écart des pics de contrainte avant et après distraction, la présente étude soutient la théorie clinique selon laquelle le risque d'un dysfonctionnement à long terme de l'ATM ou de résorption condylienne est relativement faible