Experimental Parameters Identification of Fatigue Damage Model for Short Glass Fiber Reinforced Thermoplastics GFRP

In the present work, a new polycyclic fatigue damage model is formulated and applied for short glass fibre reinforced thermoplastics. The model is able to capture experimental trends observed for the considered composites. The damage growth description involves a set of 20 parameters in the case of a complete 3D –structure. In the current paper, it is considered the particular case of a displacement controlled fatigue tensile test involving 4 damage parameters. The present contribution is a first approach of parameter identification. It is considered a least squares sense based cost function and homogeneous fatigue tests performed on a short glass fibre reinforced polyamide. The identified set of parameters appears to be not depending on the adopted initial values. The model as the parameters determined by the minimisation algorithm, are validated on a fatigue test performed with a different loading condition

Experimental Parameters Identification of Fatigue Damage Model for Short Glass Fiber Reinforced Thermoplastics GFRP

In the present work, a new polycyclic fatigue damage model is formulated and applied for short glass fibre reinforced thermoplastics. The model is able to capture experimental trends observed for the considered composites. The damage growth description involves a set of 20 parameters in the case of a complete 3D –structure. In the current paper, it is considered the particular case of a displacement controlled fatigue tensile test involving 4 damage parameters. The present contribution is a first approach of parameter identification. It is considered a least squares sense based cost function and homogeneous fatigue tests performed on a short glass fibre reinforced polyamide. The identified set of parameters appears to be not depending on the adopted initial values. The model as the parameters determined by the minimisation algorithm, are validated on a fatigue test performed with a different loading condition

Modélisation par une approche probabiliste et tribologique de l'usure par abrasion des outils de coupe

Lors des différentes opérations d’usinage (fraisage, tournage, perçage, forage, etc), l’outil de coupe est soumis à des chargements thermiques et mécaniques intenses favorisant l’apparition de l’usure prématurée de celui-ci. L’usure constitue un enjeu économique important pour les entreprises manufacturières en général, et celles utilisant l’usinage comme procédé de fabrication en particulier. L’amélioration de notre connaissance des mécanismes d'usure et les capacités de prédiction de la dégradation des outils sont de ce fait d'une importance capitale pour augmenter la productivité. Généralement, les trois principaux modes d’usure communément identifiés au niveau du contact outil/copeau sont (i)- l’abrasion, (ii)- l’adhésion et (iii)- la diffusion. En fonctions des conditions de contact, un ou plusieurs de ces modes peuvent être prédominants. L’objectif de ce travail est de mettre en place un modèle mathématique prédictif pour quantifier l’usure par abrasion. Cette dernière résulte aux niveaux des interfaces outil-copeau et outil-pièce de l’action des particules dures piégées dans la zone de contact pendant l’opération d’usinage. Supposées de forme conique, les particules abrasives sont aléatoirement distribuées aux niveaux des interfaces de contact. Une fonction de densité de probabilité a été adoptée pour décrire la fluctuation des tailles et des angles d’attaque des particules abrasives. Selon la distribution de particules (Gauss ou Weibull), la nature du contact (collant ou glissant) et les conditions locales de contact (pression, contraintes, vitesse de glissement, frottement dynamique, etc.), un modèle donnant le volume de matière enlevée par le processus d’abrasion est proposé. Une loi d’usure permettant l’estimation de la durée de vie de l’outil coupant a ensuite été adoptée pour répondre aux préoccupations industrielles. Une étude paramétrique étendue a finalement été conduite afin de mettre en évidence, pour un couple outil-matière donné, l’influence des conditions de coupe sur la productivité

Comportement dynamique des matériaux ductiles. Modèle d'endommagement élasto-viscoplastique et simulation numérique du test d'impact de plaques

La rupture ductile des matériaux métalliques est un processus se déroulant en trois étapes : la nucléation, la croissance et la coalescence de vides. Aux grandes vitesses de sollicitation, les effets de micro-inertie, engendrés par la croissance rapide des cavités, influencent le comportement macroscopique du matériau. Nous proposons dans un premier temps un modèle d'endommagement dynamique par nucléation et croissance de vides, basé sur une approche d'homogénéisation. Ce modèle tient compte du comportement élasto-viscoplastique du matériau et est une extension de précédents travaux. Dans un second temps, le modèle est implanté dans le code de calculs par éléments finis Abaqus/Explicit via un sous-programme utilisateur Vumat. Les résultats de simulations numériques du test d'impact de plaques révèlent une bonne concordance avec les données expérimentales sur le tantale obtenues par Roy (2003) et permettent d'interpréter finement les expériences

Etude expérimentale et numérique de l'usinage d'un acier à haute résistance avec une plaquette de coupe revêtue

Lors de l'usinage, les plaquettes de coupe sont soumises à d'importantes sollicitations thermomécaniques, pouvant conduire à une réduction considérable de leur durée de vie. Pour remédier à cela, l'utilisation de plaquettes de coupe revêtues en fonction des conditions et du procédé de coupe, mais également du matériau usiné peut s'avérer bénéfique. Dans cette étude, une approche couplant simulations numériques et caractérisation expérimentale est mise en uvre afin d'étudier l'influence des revêtements sur les outils de coupe lors de l'usinage de l'acier inoxydable AISI 304L

La chaîne numérique au service de la conception et la validation des cartes de circuits imprimés

Le renouvellement industriel intégrant les outils de l'usine du futur est l'objectif visé par le labcom LEMCI, Laboratoire d'Etudes et de Modélisation des Circuits Imprimés. Ce laboratoire commun, entre le LEM3, Université de Lorraine, et CIMULEC, PME fabriquant de circuits imprimés, est soutenu par l'ANR sur la période 2015-2018. Les nouvelles technologies bouleversent en profondeur l'industrie du circuit imprimé pour les applications à haute valeur ajoutée (aéronautique, aérospatiale, militaire, ...).. Le marché associé concerne certes de faibles quantités de produits finis, mais certains projets pour des applications spécifiques nécessitent la production d'un grand nombre de prototypes durant la phase de validation. La durée des programmes peut ainsi augmenter considérablement, entraînant alors un surcoût important. La maîtrise des concepts par l'entreprise manufacturière est indéniablement un plus dans la maîtrise des étapes de fabrication et validation. C'est cette voie que le LEMCI se propose d'explorer en créant un outil de chaîne numérique pour la conception et la validation de circuits imprimés. La conception des cartes (supports de composants électroniques) est souvent réalisée au sein des grands groupes qui mettent à disposition des fabricants les plans sous forme de calques 2D. Ceux-ci sont générés en format GERBER et contiennent la description des différentes couches de connexions électriques. Les pistes conductrices sont par exemple des images vectorielles (2D) tracées sur des feuillets de cuivre supportés par un stratifié. Par un procédé chimique, le cuivre non marqué est enlevé ne laissant apparaître que les pistes épargnées par l'image. Les différentes couches de cuivre sont alors assemblées entre elles et séparées de diélectriques. Pour finir, le circuit subit des opérations de perçage, ainsi que des dépôts de cuivre dans les trous permettant de connecter les pistes entre elles. Pour les applications concernées, une dizaine de couches de cuivre viennent composer les cartes. . Le LEMCI propose une démarche de rétroconception se basant sur les fichiers 2D fournis aux fabricants. Toutes les spécifications du format Gerber sont prises en compte dans l'outil développé qui conduit, in fine, à la conception volumique (sous CATIA V5). L'intérêt du modèle 3D de la carte est double. La CAO permet d'une part de visualiser avec précision le produit avant l'étape de fabrication et mener ainsi une étude de faisabilité n'engageant aucun coût. D'autre part, des sous-éléments identifiés comme critiques lors de la phase de qualification du produit (cycles thermiques -55°C à +125°C) peuvent être isolés du concept 3D global, maillés et simulés par éléments finis. En raison de l'hétérogénéité des matériaux mis en ?uvre, les contraintes d'origine thermiques peuvent conduire à la rupture du cuivre habillant les trous. Par cette approche couplant rétroconception, sélection de zones critiques et simulation numérique, le LEMCI propose un outil d'optimisation de dépôt de cuivre de manière à prévenir un risque de fissures précoces. Cette étape s'appuie sur la connaissance du comportement mécanique des différents matériaux intégrés dans la carte, autre axe du Labcom LEMCI. D'autres voix explorées par le LEMCI et s'appuyant sur la démarche proposée concernent la prévision de la durée de vie des cartes en condition de fonctionnement, la validation des designs imposés par le client, voire leur redéfinition via un processus d'optimisation. Par ailleurs ce projet vise à l'avenir à certifier un produit en se fondant en grande partie sur les moyens numériques et comptant une phase de validation par prototype fortement réduite. Enfin l'objectif du Labcom LEMCI est de compléter l'outil de chaîne numérique par l'intégration de l'impression 3D dans l'étape de fabrication/prototypage. Pour résumer, ce projet de Labcom LEMCI a pour ambition d'aider l'industrie du circuit imprimé à bien négocier son virage vers l'industrie du futur

Endommagement ductile des matériaux métalliques sous chargement dynamique - Application à l'écaillage

From many years, a very special attention is paid to dynamic fracture in the industrial (forming process, high-speed machining,...), as well as in the medical (laser shock surgery,...) or military (perforation, impact,...) sectors. Ductile fracture has been observed to result from the nucleation, growth and coalescence of voids. The aim of the present work is to develop a ductile damage model for metallic materials subjected to dynamic loading. The material domain is assumed initially free of voids and the nucleation stage is accounted for by a statistical description of potential nucleation sites. When the pressure overcomes a critical value at a given site, a void is appearing spontaneously and starts to grow by plastic deformation of the matrix material. After a preliminary study on different homogeneous schemes describing the macroscopic behaviour deduced from the local behaviour of all unit cells, a “same applied stress” type approach is adopted. It is shown that micro inertia effects are closely related to the damage heterogeneity within the material. It also appears of the utmost importance to take into account the effect of the porosity on the inertial contribution and on the loss of viscoplastic matrix resistive strength. Afterwards, the modelling is implemented in the finite element code ABAQUS/EXPLICIT. Numerical simulations of plate impact experiments are conducted and reveal a good accuracy with experimental data on tantalum material. The proposed work provides a better comprehensive of spalling phenomenon.Les phénomènes dynamiques (grandes vitesses de sollicitations pour des temps de chargement très courts) suscitent, dans le monde de la recherche, une attention toute particulière aussi bien pour les applications industrielles (mise en forme, usinage à grande vitesse), médicales (intervention chirurgicale par choc laser) que militaires (perforation, impact). Le processus de rupture ductile se déroule en trois étapes : la nucléation, la croissance et la coalescence de vides. Le but de la thèse est de modéliser le comportement des matériaux métalliques ductiles soumis à un chargement dynamique.Les conditions de sollicitations suggèrent la prise en compte d'une population de défauts dans le matériau. Après une étude préliminaire sur différentes approches d'homogénéisation établissant le lien entre le comportement macroscopique et l'évolution individuelle des vides, le schéma micro-macro de type « même condition en contrainte» est adopté. Il est alors montré que dans ce cas, et pour un comportement viscoplastique, l'hétérogénéité de l'endommagement est étroitement liée aux effets inertiels.Dans un deuxième temps, le matériau est supposé initialement sain. L'étape de nucléation est prise en compte via la notion de sites potentiels de nucléation. Lorsque la pression appliquée atteint une valeur critique pour un site potentiel donné, un vide apparaît spontanément et commence à croître par déformation plastique de la matrice. Nous adoptons une approche statistique de la distribution des pressions de cavitation dans le matériau. Il est alors mis en évidence, dans la construction d'un nouveau modèle d'endommagement, la nécessité de tenir compte des effets de la porosité sur l'influence micro-inertielle et sur la chute de résistance de la matrice viscoplastique.Le modèle de nucléation et croissance de vides est ensuite utilisé afin de construire un modèle complet élasto-viscoplastique avec endommagement. Le comportement déviatorique est géré par une loi de plasticité classique de type Prandtl-Reuss tandis que la partie sphérique est gouvernée par la croissance des cavités avec effet micro-inertiel. Ce modèle d'endommagement est implanté dans le code de calculs par éléments finis ABAQUS/EXPLICIT, via un sous-programme utilisateur VUMAT. L'essai d'impact de plaques est simulé et les résultats obtenus révèlent une bonne concordance avec les résultats expérimentaux sur le Tantale issus de la littérature

Endommagement ductile des matériaux métalliques sous chargement dynamique (application à l'écaille)

Le phénomène de rupture dynamique suscite, dans le monde de la recherche, une attention toute particulière aussi bien pour les applications industrielles (mise en forme, UGV, ), médicales (chirurgie par choc laser, ) que militaires (perforation, impact, ). Ce processus se déroule en trois étapes : nucléation, croissance et coalescence de vides. Le but de ce travail est de modéliser l endommagement par croissance de cavités des matériaux métalliques ductiles soumis à un chargement dynamique. Le matériau est supposé initialement sain (ne contient aucun vide). L e tape de nucléation est prise en compte en considérant une description statistique de pressions de cavitation. Lorsqu une valeur limite de pression est atteinte, pour un site potentiel donné, un vide apparaît spontanément et commence à croître par déformation plastique de la matrice. Après une étude préliminaire sur les moyens de déduire le comportement macroscopique à partir de l évolution individuelle des vides, un schéma d homogénéisation de type "même condition en contrainte" est adopté. Il est alors souligné le lien entre les effets inertiels et l hétérogénéité de l endommagement. Il est également mis en évidence, dans la construction du modèle d endommagement, la nécessité de tenir compte des effets de la porosité sur la contribution micro-inertielle et sur la chute de résistance de la matrice viscoplastique. Le modèle est ensuite implanté dans le code de calcul par éléments finis ABAQUS/EXPLICIT. Des simulations numériques du test d impact de plaques révèlent une bonne concordance avec les données expérimentales sur le Tantale. Il se dégage de cette étude une meilleure compréhension du phénomène d écaillageFrom many years, a very special attention is paid to dynamic fracture in the industrial (forming process, high-speed machining,...), as well as in the medical (laser shock surgery,...) or military (perforation, impact,...) sectors. Ductile fracture has been observed to result from the nucleation, growth and coalescence of voids. The aim of the present work is to develop a ductile damage model for metallic materials subjected to dynamic loading. The material domain is assumed initially free of voids and the nucleation stage is accounted for by a statistical description of potential nucleation sites. When the pressure overcomes a critical value at a given site, a void is appearing spontaneously and starts to grow by plastic deformation of the matrix material. After a preliminary study on different homogeneous schemes describing the macroscopic behaviour deduced from the local behaviour of all unit cells, a same applied stress type approach is adopted. It is shown that micro inertia effects are closely related to the damage heterogeneity within the material. It also appears of the utmost importance to take into account the effect of the porosity on the inertial contribution and on the loss of viscoplastic matrix resistive strength. Afterwards, the modelling is implemented in the finite element code ABAQUS/EXPLICIT. Numerical simulations of plate impact experiments are conducted and reveal a good accuracy with experimental data on tantalum material. The proposed work provides a better comprehensive of spalling phenomenon.METZ-SCD (574632105) / SudocSudocFranceF

New stochastic wear law to predict the abrasive flank wear and tool life in machining process

International audienceTool wear and tool failure are some of the main critical problems in industrial manufacturing fields since they affect the quality of the machined part and raise production costs. Improving our knowledge of wear mechanisms and capabilities of wear prediction are therefore of great importance in the machining process. Abrasion, adhesion and diffusion are usually identified as the three main wear modes at the tool-chip and the tool-workpiece interfaces. From an experimental point of view, the analysis of mechanisms that govern the wear process is still difficult to conduct. The objective of this research work is then to develop a wear modeling focusing on the abrasive wear mode at the tool-workpiece interface. This wear phenomenon is assumed to be closely linked to the microstructure's material workpiece and caused by hard conical particles trapped into the contact between the cutting tool and the workpiece. The proposed model is based on an analytical approach including a statistical description governing the distribution of particles with conical shape embedded in the contact area. The volume of the removed material per unit time was chosen in this study as the main parameter to describe abrasive flank wear mode. A parameter Vb(0) was introduced as the sudden flank wear which occurs in the former few cutting instants. A parametric study has been conducted that highlights the slight effect of the adopted value. The effect of the cutting conditions (cutting speed, pressure) at the tool flank that has a major influence on the wear rate, was deduced from a numerical study on the 42CrMo4/WC-Co tool-workpiece combination. Finally, a wear criterion has been proposed to estimate the tool life in order to address the concerns of industries