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Résumé thèse Mourad OUDJENE

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Modélisation et optimisation du comportement mécanique des outils d'emboutissage stratifiés précontraints par vissage

 

Mourad OUDJENE - 9 décembre 2005

Dans le contexte de l'emboutissage des tôles, les outils jouent un rôle crucial et le coût global d'une pièce emboutie est fortement influencé par le coût des outils, dépendant du volume de production. Pour la petite et moyenne série ou pour le prototypage rapide, les outils d'emboutissage peuvent être fabriqués par un empilement de strates métalliques, assemblés par diverses techniques (collage, vissage, boulonnage...). Chaque strate est obtenue par découpe laser et micro-fraisage (comme dans la Stratoconception®).

Ce travail, original en ce qui concerne les outils d'emboutissage, consiste à proposer une méthodologie numérique permettant l'analyse tridimensionnelle des outils d'emboutissage, en particulier les outils prototypes fabriqués par empilement successif de couches métalliques (strates) et assemblés par vissage, l'objectif final étant de pouvoir dimensionner, voire optimiser les outils stratifiés, notamment le système d'assemblages des strates par des vis précontraintes.

Afin de surmonter les difficultés qu'implique la simulation de l'emboutissage en considérant les outils déformables (maillages, temps CPU...) ainsi que celles liées à l'aspect stratifié des outils, nous proposons et nous développons une approche simplifiée en deux étapes qui a l'avantage de découpler les non- linéarités de l'emboutissage et l'analyse des outils déformables :

  • Une première simulation classique de l'emboutissage réalisée avec le code STAMPACK et en considérant les outils rigides, nous permet d'accéder à la répartition des forces de contact tôle/outils;
  • Dans une deuxième étape, l'outil déformable (stratifié ou non) est analysé à l'aide de CATIA V5, en utilisant la répartition des forces de contact statiques issues de la simulation de l'emboutissage.

 

L'approche proposée est simple d'utilisation et conduit à des temps de calculs acceptables, puisque l'emboutissage est simulé classiquement en considérant les outils rigides. Elle peut mener à l'analyse tridimensionnelle des outils prototypes stratifiés ou non.

La démarche a été appliquée avec succès dans le cadre des outils stratifiés assemblés par vissage (obtenus par Stratoconception®). Dans ce contexte, nous avons également proposé une procédure d'optimisation des positions des vis précontraintes afin d'améliorer la conception et la tenue mécanique des outils stratifiés.

Mots clés :
Emboutissage, éléments finis, modélisation numérique, simulation numérique, contact, outillage rapide, assemblages vissés, optimisation.