Ce papier présente nos travaux dans le cadre d'un projet portant sur la modélisation et la simulation numérique de l'emboutissage des tôles gaufrées. Un modèle de comportement incluant diverses natures d'écrouissage (isotrope et cinématique), diverses sources d'anisotropie et couplé à un endommagement isotrope ductile a été utilisé. Un exemple d'emboutissage complexe de tôle gaufrée est enfin présenté et discuté

Badreddine, Houssem

Choquart, François

Labergere, Carl

Martiny, Marion

Msolli, Sabeur

Saanouni, Khemais

I-Revues

22
ème
 Congrès Français de Mécanique                                               Lyon, 24 au 28 Août 2015 
 
 
Modélisation et simulation numérique de 
l’emboutissage de tôle gaufrées 
 
C. Labergere
a
, H. Badreddine
a
, S. Msolli
b
, K. Saanouni
a
, M. Martiny
b
, F. 
Choquart
c
 
 
a. ICD/LASMIS UMR 6281, Université de Technologie de Troyes, 12 rue Marie Curie, BP 2060, 10010 Troyes, 
carl.labergere@utt.fr,  
b. LEM3 – UMR CNRS 7239, Université de Lorraine, Ile de Saulcy, 57045 Metz 
c. CERA-TREVES, 2-4 rue Emile Arquès, BP 204, 51686 Reims 
 
Résumé :  
 
Ce papier présente nos travaux dans le cadre d’un projet portant sur la modélisation et la simulation 
numérique de l’emboutissage des tôles gaufrées. Un modèle de comportement incluant diverses 
natures d’écrouissage (isotrope et cinématique), diverses sources d’anisotropie et couplé à un 
endommagement isotrope ductile a été utilisé. Un exemple d’emboutissage complexe de tôle gaufrée 
est enfin présenté et discuté 
 
Abstract :  
 
This paper presents our work as part of a project on modeling and numerical simulation of embossed 
sheets stamping. A behavior model including various kinds of hardening (isotropic and kinematics), 
various sources of anisotropy and coupled to a ductile isotropic damage was used. A complex example 
of embossed sheet stamping is finally presented and discussed 
 
Mots clefs : Mots clefs  
 
Tôle gaufrée, emboutissage, plasticité, endommagement, anisotropie 
 
Résumé étendu:  
 
De nombreux travaux sur la simulation numérique de formage des tôles orthotropes plus ou moins 
épaisses ont été réalisés depuis de nombreuses années et la série des congrès NUMISHEET, 
ESAFORM, IDDRG, SHEMET, NUMIFORM, CFM, … dédiée à cette thématique, témoigne de 
l’importance de ces travaux dévolus au formage des structures en tôles (ou en tubes). Ces travaux 
majoritairement orientés vers les procédés d’emboutissage, traitent de plus en plus d’autres procédés 
comme le pliage, l’hydroformage, le poinçonnage, le cisaillage, … des tôles plus ou moins minces. 
Ces travaux sont majoritairement basés sur des modèles de comportement qui utilisent une théorie de 
plasticité à écrouissage purement isotrope avec des critères isotropes (type Von Mises) ou anisotropes 
quadratiques (type Hill 1948) ou même anisotropes non quadratiques (Barlat 1991, …). Les 
anisotropies induites par des phénomènes comme l’écrouissage cinématique où l’endommagement 
sont rarement prises en compte. Quelques travaux utilisent la notion d’endommagement local de la 
matière comme critère de rupture mais sans aucun couplage «fort » entre cet endommagement et les 
autres champs thermomécaniques en présence. De plus, la majorité des études de simulation du 
procédé d’emboutissage considère des tôles lisses laminées. Très peu de travaux ont proposé des 
solutions pour modéliser la déformation de tôles qui peuvent initialement avoir une forme complexe 
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suivant l’épaisseur. Dans certains cas, une opération de laminage avec des laminoirs de forme 
particulière permettent de gaufrer initialement des tôles en alliage d’aluminium, voir Figure 1. Les 
tôles gaufrées permettent d’obtenir des formes embouties complexes qui seraient impossible à obtenir 
à partir de la même tôle en lisse. Les travaux les plus récents se focalisent uniquement sur la 
modélisation de tôles ondulées  [1, 2, 6] mais pas sur la simulation numérique de la mise en forme des 
tôles gaufrées. 
 
 
Figure 1 : CAO de la tôle gaufrée Figure 2 : Réponses force-déplacement des essais de traction 
d’une éprouvette gaufrée selon les directions 0°, 45° et 90°  
Dans le cadre d’un projet de recherche en collaboration avec l’entreprise CERA/Trèves et les 
laboratoires LEM3 et ICD/LASMIS, nous avons été amenés à étudier et modéliser l’influence du 
gaufrage sur la mise en forme d’une tôle par emboutissage. Le modèle de comportement utilisé dans 
ce travail s’appuie sur le couplage fort entre le comportement des métaux et leur endommagement 
ductile compte tenu de l’écrouissage isotrope et cinématique non-linéaire, l’anisotropie de 
l’écoulement plastique, les anisotropies induites par écrouissage cinématique et/ou par 
endommagement [3, 5, 7]. L’identification des paramètres du modèle se base sur des essais de traction 
et de gonflement hydraulique d’éprouvettes taillées dans des tôles lisses d’alliage d’aluminium AA-
1050-O [4]. Le logiciel commercial ABAQUS® a été choisi comme support de développement du 
modèle et pour simuler aussi bien les essais de caractérisation que les opérations d’emboutissage. 
 
 
 
 
 
 
 
poinçon 
matrice tôl  gaufrée 
Opération de découpe et 
rembordement Scan topologique de l’écran réel et comparaison 
avec le modèle numérique 
 
Figure 3 : Simulation numérique de l’emboutissage d’une tôle gaufrée et comparaison par rapport à la pièce 
réelle. 
 
Un module informatique en complément du logiciel ABAQUS® a été développé pour modéliser l’état 
mécanique (déformée, écrouissage, variation d’épaisseur, …) d’une tôle gaufrée à partir d’une 
opération de duplication d’une cellule périodique gaufrée. L’effet du gaufrage sur la mise en forme de 
tôle a été étudié par l’intermédiaire de différents types d’essais expérimentaux et numériques (essais 
de traction, essais de Marciniak, ….), voir figure 2. Une simulation numérique d’emboutissage 
complexe de tôle gaufrée a été réalisée et le prototype numérique a ensuite été comparé à la pièce 
réelle, voir figure 3. Les premiers résultats mettent en évidence que la modélisation de l’effet du 
gaufrage de la tôle à une incidence sur les résultats numériques de l’emboutissage et le comportement 
en vibration de l’écran. L’introduction de la géométrie du gaufrage et les variations d’épaisseurs 
influence la prédiction du modèle numérique et plus particulièrement sur la représentation réalise de 
l’apparition de plis sévère dans la tôle gaufrée lors de sa mise en forme par emboutissage. 
Remerciement :  
Nous remercions l’entreprise CERA/TREVES, la région Champagne-Ardenne, le pole Materalia et 
l’Europe à travers le FEDER pour l’accompagnement de ce projet. 
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Références 
[1] G. Kress and M. Winkler. Corrugated laminate homogenization model. Composite Structures, 
92:795–810, 2010. 
[2] X. Li, Z. Wang, F. Zhu, G. Wu, and L. Zhao. Response of aluminium corrugated sandwich 
panels under air blast loadings: Experiment and numerical simulation. International Journal of Impact 
Engineering, 65:79–88, 2014. 
[3] C. Labergere, A. Rassineux, K. Saanouni, Numerical simulation of continuous damage and 
fracture in metal forming processes with 2D mesh adaptive methodology, Finite Elements in Analysis 
and Design, vol 82, pp 46-61, 2014 
[4] S. Msolli, C. Labergere, H. Badreddine, K.Saanouni, Experimental characterization and 
comparison of planar and corrugated aluminum sheets, 12th International Conference on 
Computational Plasticity: Fundamentals and Applications, COMPLAS 2013; Barcelona; Spain; 3 Sept 
2013, Pages 1066-1074, 2013 
[5] Saanouni K., (2012). Damage Mechanics in metal forming. Advanced modeling and 
numerical simulation, ISTE/Wiley, London, ISBN: 978-1-84821-3487. 
[6] N. Talbi, A. Batti, R. Ayad, and Y.Q. Guo. An analytical homogenization model for Finite 
element modelling of corrugated cardboard. Composite Structures, 88:280–289, 2009. 
[7] Z.M. Yue, H. Badreddine, T. Dang, K. Saanouni, A.E. Tekkaya, Formability prediction of 
AL7020 with experimental and numerical failure criteria, Journal of Materials Processing Technology, 
vol 218, pp 80-88, 2015 


Modélisation et simulation numérique de l'emboutissage de tôle gaufrées

http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/2042/57628/1/70750.pdf

Modélisation et simulation numérique de l'emboutissage de tôle gaufrées

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