Direct-impact Hopkinson tests on the Ti-6Al-4V alloy at very high strain rate and inverse identification of the Johnson-Cook constitutive model

International audienceThe study of the material performance at high strain rate is an important topic in material sciences, since the materials usually exhibit strong viscous effects as the rate rises. In some material processes, the metallic materials may experience very high strain rates up to 10 6 s −1 , such as the laser shock peening (Yu et al., 2009). Studying the dynamic behaviour of the materials requires to perform dynamic tests on a wide range of strain rate. The classical Split Hopkionson Pressure Bar (SHPB), also referred to as the Kolsky bar (Davies, 1948; Kolsky, 1949), is a simple device that is widely adopted to perform such dynamic tests. The classical SHPB device is capable to attain strain rates ranging from 10 2 to 10 4 s −1 (Gorham et al., 1992; Ramesh, 2008). Attempting to reach higher strain rate may yield the incident bar. Thus a direct-impact Hopkinson device has been developed (Dharan and Hauser, 1970) by removing the incident bar. On this direct-impact device, a very high strain rate of the order of 10 5 s −1 is achieved by Dharan and Hauser (1970) and Kamler et al. (1995). In this work, the Ti-6Al-4V alloy is tested on a direct-impact Hopkinson device at strain rates ranging from 3000 to 25000s −1. Then an inverse identification is carried out to identify the Johnson-Cook model (Johnson and Cook, 1983) for the Ti-6Al-4V on this wide range of strain rates

Choix et optimisation de l'outil et des paramètres de soudage en Friction Stir Welding

Depuis 15 ans, le Friction Stir Welding (FSW) a suscité un intérêt grandissant tant dans le secteur industriel que dans celui de la recherche. Le procédé résulte d'un apport de chaleur par frottement entre l'outil et la pièce et d'une forte déformation plastique dans le matériau. Actuellement, malgré un nombre d'étude important, l'optimisation du procédé pour un matériau donné passe le plus souvent par des itérations expérimentales basées sur un couplage essais et observations. L'objectif de cette étude est donc de mettre en place un algorithme de calcul basé sur une modélisation thermique et géométrique du procédé, afin de pouvoir définir l'ensemble des paramètres de soudage permettant d'avoir une bonne soudure selon les besoins définis par l'utilisateur

Direct-impact Hopkinson tests on the Ti-6Al-4V alloy at very high strain rate and inverse identification of elastic-viscoplastic constitutive models

Ce travail a pour but de caractériser le comportement de l’alliage Ti-6Al-4V à très haute vitesse déformation. Pour cela, nous avons conçu et dimensionné un système de Hopkinson à impact direct et pu balayer des vitesses de déformation comprises entre 3000s-1 et 25000s-1. Les lois élastique-viscoplastiques de Johnson-Cook, Zerilli-Armstrong et Nouailhas ont été identifiées sur la base des données expérimentales par analyse inverse. Ces trois lois permettent de bien décrire les données expérimentales dans une gamme allant de 3000s-1 à 18000s-1

Assemblage hétérogène Al/Fe par points par impulsion magnétique

Le soudage par impulsion magnétique est un procédé qui permet l’assemblage rapide (en quelques micro secondes) de matériaux similaires ou dissimilaires à l’état solide. Ce procédé consiste à générer des forces de Laplace dans une pièce conductrice au moyen d’un inducteur parcouru par un courant variable et intense. Pour pouvoir réaliser une soudure il est nécessaire d’accélérer la première pièce. Il faut donc assurer une distance suffisante entre les deux pièces (entrefer). Il est classiquement possible d’effectuer des soudures de tubes et de tôles à condition de ménager un entrefer entre les deux pièces à assembler. Dans le cadre de nos travaux nous avons développé une nouvelle façon de souder par points deux tôles placées l’une sur l’autre sans entrefer (Magnetic Pulse Spot Welding – MPSW). Ce nouveau procédé permet d’envisager l’assemblage hétérogène de structures automobile ou la connexion de batteries entre elles sans chauffage. Le procédé a été validé sur l’assemblage hétérogène Al/Fe. Des essais de traction quasi-statiques et dynamiques nous ont permis de démontrer la qualité des points de soudure

A squeezing experiment showing binder migration in concentrated suspensions

International audienceThis paper deals with concentrated suspensions (pastes) of TiO2 particles at a solid concentration of 60% per weight in an acidic binder. This paste is used to manufacture petrochemical catalysts. First we show that in a squeezing experiment binder migration occurs in the suspension as long as the velocity at which the test is carried out does not exceed a critical value. Next, we develop a mathematical model of the test and a complete methodology to identify the rheological parameters of this model. We give an analytical expression of the critical velocity, which is related to the physical characteristics of the suspension. The exact identification of the rheological parameters requires the use of a numerical program which was developed for this application

Magnetic Pulse Hybrid Joining of Polymer Composites to Metals

To lighten their vehicles, car manufacturers are inclined to substitute steel structures with aluminum alloys or composites parts. They are then faced with the constraints inherent to dissimilar (galvanized steel/aluminum) or hybrid (metal/composite) assemblies. Recent developments in magnetic pulse welding seems to offer a viable route. Very fast, this process can be robotized and generates a very localized heating system which limits the formation of intermetallic and damage the composite. Low energy consumption, without filler metal or smoke it is recognized as an environmentally friendly process. In this paper, electromagnetic pulse welding is exploited to assemble polymer composite to metals. Two techniques, a metallic insert in polymer composite or an external patch, have been tested with possible design considerations

Extrusion de supports de catalyseurs : Le problème de la caractérisation rhéologique des pâtes fortement chargées

International audienceTo exhibit a large specific surface (up to several hundred square meter per gram), catalysts are often porous materials. Their manufacturing involves a powder forming process. This process is achieved in several steps: (i) mixing a powder with an aqueous or polymeric binder to form a paste, (ii) extruding the paste to form the product, (iii) drying it and finally (iv) slightly sintering it. The paste which is studied in this paper is made of titanium oxide and aqueous acidic binder (nitric acid). The role of the acid is to disperse "at best" the $T_i0_2$ powder by colloidal action. This kind of manufacturing process is old but remains however difficult to control because of many different difficulties: e.g., dies design, the balancing of several hole paths and more generally explicit what could be a "paste extrudability". ln this paper, first, we show experimentally that this type of material can present a heterogeneity induced by its flow. Second, we propose a modelization of the behavior of this product in the framework of the mixture theory. Third, we present a complete identification methodology based on squeezing tests.Pour présenter une grande surface d'échange avec l'extérieur (jusqu'à plusieurs centaines de mètres carrés par gramme), les catalyseurs sont souvent des produits poreux. Leur fabrication est typique de la mise en forme des poudres, Elle s'effectue en plusieurs étapes : (i) mélange de la poudre et d'un liant aqueux ou polymère, (ii) extrusion de la pâte pour mettre en forme le produit, (iii) les extrudats obtenus sont ensuite coupés séchés et (iv) éventuellement légèrement frittés. La pâte étudiée ici est constituée de poudre de dioxyde de titane et d'un liant acide (acide nitrique). Le rôle de l'acide nitrique est de disperser «au mieux» la poudre de $T_i0_2$ par une action colloïdale. Ce type de procédé de fabrication est ancien mais reste néanmoins délicat à maîtriser du fait d'un certain nombre de difficultés : pour dessiner les filières, pour équilibrer les débits dans les filières multi·trous, et plus généralement pour définir la notion «d'extrudabilité d'une pâte>>. Dans cet article, dans un premier temps, nous montrons expérimentalement que ce type de matériau peut présenter une hétérogénéité induite par son écoulement. Nous proposons, dans un second temps, une modélisation du comportement de ce produit dans le cadre de la mécanique des milieux diphasiques. Et finalement, dans un troisième temps, nous présentons une méthodologie d'identification complète à partir d'essais d'écrasement

Développement d'une approche "Maximum Entropy" pour la modélisation thermo-mécanique du procédé de soudage par friction rotative

International audienceUne modélisation multi-physique du procédé de soudage par friction rotative basée sur une approche Maximum Entropy (MaxEnt) est proposée. Cette approche permettra de résoudre des pro-blèmes thermo-mécaniques couplés. Les déformations étant très importantes localement au voisinage de la soudure, le temps de remaillage lors d'une simulation par éléments finis classique est important. L'uti-lisation de cette méthode sans maillage à ce jour peu exploitée devrait permettre de réduire les temps de simulation ainsi que le phénomène de diffusion numérique

Modélisation thermique du soudage hybride par frottement malaxage assisté laser (poster)

National audienc

Parametric modeling of an electromagnetic compression device with the proper generalized decomposition

International audienceOptimization of forming processes seeks an optimal choice of many process parameters. In Electromagnetic Material Forming, parameters associated to the geometry of the forming device or related to the generation of the pulsed currents have to be set, and are of primary importance to achieve the proper geometry of the formed part. Usual optimization procedures proceed by defining a trial choice of the set of parameters and then evaluate the optimality of a given cost function computed from a direct analysis. This iterative process requires many assessments of the cost function and may lead to a prohibitive computation cost since the direct analysis may involve a structural analysis. Others approaches have been proposed to circumvent this problem; based on a separated representation of the solution, the Proper Generalized Decomposition allows for a parametric resolution by introducing optimization parameters as extra-coordinates of the problem, hence the optimization procedure reduces to a simple post-treatment of the multidimensional numerical solution. The aim of this work is to develop a numerical tool dedicated to the optimization of the design of an electromagnetic compression device. This tool should enable to optimize process parameters of the generator and geometrical parameters of the electromagnetic forming device by solving the set of electromagnetic equations in quasistatics. To this end, we take advantage of the Proper Generalized Decomposition to perform a parametric resolution. We show solutions computed with a parameterization of the discharged current, and with a parameterization of the geometry considering a multi-layered structure. Finally, an example of optimization procedure is shown on the latter solution, seeking the configuration maximising the radial component of the resultant compression force applied on the part to be formed