Numerical simulation of ductile damage in bulk metal forming processes
Simulation numérique de l'endommagement ductile en formage de pièces massives
Résumé
In this work, a simplified and useful industrial numerical methodology is proposed in order to simulate bulk metal forming processes with ductile damage occurrence. This allows to “optimize” the process plan in order to avoid (or minimize) the damage occurrence when we look to obtain an undamaged part; or to enhance the damage occurrence in order to simulate any metal cutting operation. The proposed methodology uses a simple thermo-(visco)plastic constitutive equations (Prandtl-Reuss) “weakly” or “strongly” coupled with a simple ductile damage model (CDM). The local time integration of the coupled constitutive equations is performed iteratively using the implicit Newton-Raphson algorithm. The initial and boundary value problem associated with the global equilibrium is also solved using a static implicit Newton-Raphson scheme. The consistent tangent stiffness matrix is then derived including the damage effect. Many simple and industrial bulk metal forming processes have been simulated in order to show how the numerical methodology in well working. The obtained results are very convincing from both qualitative and quantitative point of view
Ce travail consiste en la mise au point d'une méthodologie simplifiée, utilisable industriellement, de réalisation virtuelle de procédés en formage de pièces massives avec la prise en compte de l'endommagement. Ceci permettra de prévoir l'apparition de l'endommagement ductile en cours de formage des pièces. On pourra agir sur les paramètres technologiques pertinents du procédé afin de retarder cet endommagement pour obtenir des pièces saines, ou au contraire favoriser celui-ci afin de simuler des procédés de coupe. Une formulation théorique générale du couplage comportement-endommagement est introduite, prenant en compte une loi d'évolution de l'endommagement ductile. Sur le plan numérique un soin particulier a été apporté à l'intégration locale des équations d'évolution couplées. Deux modèles sont proposés et discutés en détails: le couplage « fort » et le couplage « faible ». L'algorithme d'intégration utilisé est implicite et utilise une méthode classique de prédiction élastique-correction plastique pour le calcul des incréments des variables internes par un schéma de Newton-Raphson. Le calcul de la matrice tangente consistante prend en compte l'influence de l'endommagement ductile. Pour valider cette méthodologie, une large gamme de procédés dont certains sont issus de l'industrie, tels que le découpage de tôle, la compression de cylindres, le forgeage et l'extrusion d'un croisillon, la mise en forme d'un écrou six-pans, le filage,… est présentée, et comparée avec des essais expérimentaux quand cela est possible. La capacité de cette méthodologie à prédire correctement l'initiation et la propagation de l'endommagement en mise en forme est clairement démontrée