Simulation de l’Interaction Fluide-Structure Pour le Procédé d’Hydroformage

Abstract

L’hydroformage est un procédé de fabrication largement utilisé pour la mise en forme de pièces tubulaires ou sous forme de tôles de faibles épaisseurs. Il possède de nombreux avantages qui le rendent très intéressant pour plusieurs domaines industriels comme l’aéronautique, l’automobile, l’électroménager … L’objectif de ce travail est de contribuer à l’étude et à la simulation numérique de ce procédé. Le formage hydromécanique a été choisi parmi les différents procédés d’hydroformage. Ce procédé met en jeu des phénomènes complexes. Pour modéliser et simuler ce procédé, il faut non seulement décrire le procédé lui-même (géométrie, action des outils sur la pièce, thermique ...), mais aussi de prendre en compte le comportement rhéologique du matériau mis en forme, ses limites de formabilité, l’écoulement du fluide sous pression et l’interaction fluide-structure. Les simulations classiques du procédé de formage hydromécanique supposent que la pression du fluide dans la cavité est généralement donnée par des courbes expérimentales, et que l'écoulement du film fluide, entre la tôle et la matrice, est souvent négligé. Cependant, peu de recherches sont réalisées sur les effets de l’écoulement du fluide et son interaction avec la structure. D’un point de vue pratique, l’action du poinçon sur le fluide dans la cavité génère un film fluide lubrifiant au niveau de la zone de contact matrice-tôle. Ce mécanisme de lubrification a été détaillé et expliqué rigoureusement dans ce travail. Trois régimes de lubrification sont distingués, à savoir, limite, mixte et hydrodynamique. Par hypothèse, un comportement hydrodynamique du film fluide lubrifiant est considéré. Ce comportement est modélisé analytiquement à partir de l'équation classique de Reynolds. La distribution de la contre-pression du fluide dans la cavité de la matrice est ainsi modélisée à partir de la variation du volume du fluide dans la cavité. Ces deux modèles ont été implémentés dans le code de calcul ABAQUS/Explicit au moyen du sous-programme VDLOAD sous une extension Fortran. Deux matériaux de la tôle sont utilisés dans la modélisation numérique ; le premier est l’acier de haute résistance E275 pour valider l’approche numérique par rapport à des résultats expérimentaux ultérieurs, le deuxième est un alliage d’aluminium commercial AA5086 pour étudier l’influence de la force de serrage sur la formabilité. L’analyse comparative des résultats numériques et expérimentaux a montré que le modèle proposé décrit fidèlement les différents phénomènes mis en jeu et que la simulation numérique est capable de donner des résultats proches de la réalité. L’influence de la force de serrage et de la pression du fluide sur la formabilité de la tôle métallique a été investiguée. Un choix approprié de la force de serrage permet de réduire la déformation dans la tôle et prévenir le risque de rupture.