Simulation numérique de la planéité des tôles métalliques formées par laminage

Nous proposons dans cette these des modeles elements finis pour decrire les phenomenes de flambage que l'on rencontre souvent en laminage des toles minces. Partant d'un modele simplifie qui suppose le mode de flambage harmonique dans le sens du laminage, le code permet de detecter des points de bifurcations, de decrire le comportement en post-flambage ou encore d'analyser l'influence de la traction globale sur les tailles de defauts et les modes de flambage. Le modele n'etant pas prevu pour tenir compte des chargements complexes en laminage, nous avons propose un autre modele plus complet tenant compte de toutes les composantes des contraintes residuelles et capable de coupler les phenomenes en amont comme en aval de l'emprise (emprise-flambage). Les modeles existants traitent generalement un couplage iteratif entre l'emprise et le flambage (These d’Abdelkhalek) ou un couplage direct, mais ce dernier est limite pour representer les modes de flambage (These de Counhaye). Dans cette these, nous proposons un couplage direct entre l'emprise et le flambage utilisant un code de laminage LAM3 pour decrire l'emprise et un modele coque pour decrire le flambage. Nous avons utilise la methode Arlequin pour coupler les deux modeles. Cette methode de couplage tres prometteuse, est l'une des plus flexibles qui traite le couplage par superposition ou collage des modeles possedant des proprietes differentes. L'originalite du modele developpe reside essentiellement dans le deplacement de la zone de couplage a chaque increment de temps. Pour valider le modele developpe, nous avons effectue des cas tests notamment un cas industriel et des cas academiques de laminage pouvant engendrer des defauts bords longs tout comme des plis longitudinaux que l'on observe souvent a la sortie de l'emprise. Les resultats issus de ce code ont ete valides avec des mesures experimentales et avec des modeles de references. Le modele predit bien les contraintes relaxees apres flambage et montre bien les defauts de planeite correspondants

[1]  Franz G. Rammerstorfer,et al.  A Study on the Buckling Behaviour of Strips and Plates with Residual Stresses , 2005 .

[2]  J. Tinsley Oden,et al.  On the application of the Arlequin method to the coupling of particle and continuum models , 2008 .

[3]  J. C. Simo,et al.  A CLASS OF MIXED ASSUMED STRAIN METHODS AND THE METHOD OF INCOMPATIBLE MODES , 1990 .

[4]  S. Abdelkhalek,et al.  Coupled and uncoupled approaches for thin cold rolled strip buckling prediction , 2009 .

[5]  Salim Belouettar,et al.  Multi-scale nonlinear modelling of sandwich structures using the Arlequin method , 2010 .

[6]  Zhengyi Jiang,et al.  Finite element simulation of cold rolling of thin strip , 2003 .

[7]  Michel Potier-Ferry,et al.  A generalized continuum approach to predict local buckling patterns of thin structures , 2008 .

[8]  Michel Potier-Ferry,et al.  Méthode asymptotique numérique , 2008 .

[9]  Franz G. Rammerstorfer,et al.  Buckling of Free Infinite Strips Under Residual Stresses and Global Tension , 2001 .

[10]  Bruno Cochelin,et al.  An asymptotic‐numerical method to compute the postbuckling behaviour of elastic plates and shells , 1993 .

[11]  A. Bush,et al.  Stress levels for elastic buckling of rolled strip and plate , 2001 .

[12]  Mark S. Shephard,et al.  Concurrent AtC coupling based on a blend of the continuum stress and the atomistic force , 2007 .

[13]  Michel Potier-Ferry,et al.  Multi-scale method for modeling thin sheet buckling under residual stresses in the context of strip rolling , 2015 .

[14]  F. Rammerstorfer,et al.  Buckling of stretched strips , 2000 .

[15]  H. Zahrouni Méthode asymptotique numérique pour les coques en grandes rotations , 1998 .

[16]  K. Athiannan,et al.  Experimental investigations on buckling of cylindrical shells under axial compression and transverse shear , 2004 .

[17]  E. Orowan,et al.  The Calculation of Roll Pressure in Hot and Cold Flat Rolling , 1943 .

[18]  Kazutake Komori,et al.  Analysis of cross and vertical buckling in sheet metal rolling , 1998 .

[19]  Hachmi Ben Dhia,et al.  Multiscale mechanical problems: the Arlequin method , 1998 .

[20]  T. Belytschko,et al.  Membrane Locking and Reduced Integration for Curved Elements , 1982 .

[21]  M. Potier-Ferry,et al.  A generalized continuum approach to describe instability pattern formation by a multiple scale analysis , 2006 .

[22]  Elías Cueto,et al.  Proper generalized decomposition of multiscale models , 2010 .

[23]  G. Rateau Méthode Arlequin pour les problèmes mécaniques multi-échelles : applications à des problèmes de jonction et de fissuration de structures élancées , 2003 .

[24]  W. Guggenberger Buckling and postbuckling of imperfect cylindrical shells under external pressure , 1995 .

[25]  Guillaume Rateau,et al.  The Arlequin method as a flexible engineering design tool , 2005 .

[26]  Heng Hu,et al.  A bridging technique to analyze the influence of boundary conditions on instability patterns , 2011, J. Comput. Phys..

[27]  W. R. Dean On the Theory of Elastic Stability , 1925 .

[28]  B. Prabu,et al.  Neighbourhood effect of two short dents on buckling behaviour of short thin stainless steel cylindrical shells , 2012, Int. J. Comput. Aided Eng. Technol..

[29]  T. Belytschko,et al.  A bridging domain method for coupling continua with molecular dynamics , 2004 .

[30]  A. Hacquin,et al.  A steady state thermo-elastoviscoplastic finite element model of rolling with coupled thermo-elastic roll deformation , 1996 .

[31]  E. Ramm,et al.  Three‐dimensional extension of non‐linear shell formulation based on the enhanced assumed strain concept , 1994 .

[32]  Bernard Budiansky,et al.  Theory of buckling and post-buckling behavior of elastic structures , 1974 .

[33]  Norman Mathieu Modélisation numérique du procédé de planage des bandes minces , 2011 .

[34]  Hamid Zahrouni,et al.  Computing finite rotations of shells by an asymptotic-numerical method , 1999 .

[35]  John G. Lenard An Advanced Finite Element Model of the Flat, Cold Rolling Process , 2014 .