Simulation Numérique & Non Linéaire

Multi-physique & Couplage Fort

Fluide/Structure/Thermique/Electromagnétisme
 
Formage

Le programme ADINA dispose des schémas d'intégrations temporels à la fois implicites et explicites, qui peuvent être combinés pour simuler l'ensemble du processus de formage industriel dans lesquels les contacts, les grandes déformations  ainsi que les non-linéarités matériaux jouent un rôle majeur.
Le module ADINA FSI, permet de simuler l'hydro-formage des différents composants.
Les applications d'Adina dans l'industrie de formage  comprennent :
  1. L'emboutissage,
  2. Le moulage par soufflage,
  3. Sertissage,
  4. Estampage et laminage.

J. Adamus and P. Lacki : Faculty of the Mechanical Engineering and Computer Sciences, Institute of Metal Working, Quality Engineering and Bioengineering, Czestochowa University of Technology, Poland

« Cintrage d’une tige de titane et intégration implicite »
deformation-smallLe Cintrage est une technique de formage à froid largement utilisée pour des matériaux en alliage de titane. L'une des principales difficultés lors de la mise en forme de ces matériaux est de prédire le phénomène du « retour élastique » post opératoire. En out [...]
 

« Cintrage d’une tige de titane et intégration implicite »

deformation-smallLe Cintrage est une technique de formage à froid largement utilisée pour des matériaux en alliage de titane. L'une des principales difficultés lors de la mise en forme de ces matériaux est de prédire le phénomène du « retour élastique » post opératoire. En outre, les contraintes résiduelles causées dans l'échantillon dues à des déformations inélastiques pendant le processus ont un effet important sur la performance mécanique des pièces finales. En raison de leur haute résistance et légèreté, les alliages de titane sont largement utilisés dans des applications industrielles. On les retrouve notamment dans des articles de sport, des implants biomédicaux, des avions et des applications aérospatiales.

 

A l’Université de Technologie de Czestochowa, en Pologne, les chercheurs ont utilisé le programme ADINA – structure Implicite pour appréhender et maitriser le retour élastique. Le dispositif expérimental de cintrage est composé de 2 rouleaux et d’un bras . Le rouleau stationnaire guide la tige de titane et le rouleau mobile permet de la plier . La simulation est réalisée avec un modèle d'éléments finis 3D, sur une tige en titane, fléchie à 90 degrés . La tige et les deux rouleaux sont modélisés à l'aide des éléments de briques à 20 nœuds. Au cours de la simulation, afin de rendre les calculs plus rapides, seule la zone de pliage a été maillée finement. De plus, pour des raisons de symétrie du modèle et de charges , seule la moitié de la tige et les rouleaux sont modélisés . Le comportement du matériau titane est modélisé avec le modèle de plasticité de Von Mises, avec un écrouissage isotrope-multilinéaire. L' animation montre le champ de la déformation plastique effective cumulée dans la tige ainsi que les efforts de contact entre la tige et les rouleaux au cours du processus de formage. On observe notamment de grandes plastifications dans la partie supérieure et la partie inférieure de la section transversale de la tige. Par contre, la zone centrale de la tige reste élastique et l’étendue de ce noyau non plastifié est le facteur dominant qui détermine l’ampleur du retour élastique après la décharge. Ainsi, plus le volume de la région élastique est élevée, plus sera, l'ampleur du retour élastique.   Picture17
  X_ effective_plastic_strain

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John Deere

Mise en forme d’un galet de support
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automobile-pic24 Le module implicite d’adina est largement répandu dans le milieu aut [...]
 

Mise en forme d’un galet de support

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Le module implicite d’adina est largement répandu dans le milieu automobile et d’industries de mise en forme des matériaux. Par exemple, chez John Deere, le module ADINA –structure a permis de déterminer avec précision les contraintes résiduelles qui résultent du procédé de mise en forme d’un galet de support à l'avant d'un tracteur à chenilles. L’objectif étant de connaitre et d’évaluer les zones potentielles annonçant l'amorçage des fissures.

Comme le composant est symétrique, seule la moitié de celui-ci est modélisé. Le procédé de formage est effectué en deux étapes: la partie centrale est formée dans la première étape, et les bords sont façonnés dans la seconde phase.  

formage jhonDeer

 

   

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Numisheet 2002 benchmark test

Benchmark classique de l’emboutissage d’un bout de rail en forme de S , réalisé par l’équipe d’ADINA R&D
srail1Les conférences Numisheet, sont les plus grands événements internationaux dédiés à la simulation numérique des procédés d'emboutissage et de mise en forme des tôles. Au cours [...]
 

Benchmark classique de l’emboutissage d’un bout de rail en forme de S , réalisé par l’équipe d’ADINA R&D

srail1Les conférences Numisheet, sont les plus grands événements internationaux dédiés à la simulation numérique des procédés d'emboutissage et de mise en forme des tôles.

Au cours de cette simulation, les outils sont modélisés à l'aide des éléments rigides : Le poinçon est indiqué en rouge, le serre-flan en vert, et la matrice en bleu. La feuille métallique (de couleur cyan) est modélisée avec des éléments de coque MITC à 4 nœuds. La taille moyenne utilisée dans les industries de formage pour valider un logiciel de simulation est de l’ordre de 3000 éléments de coque.

srail2L’objectif consiste à déterminer avec précision le développement des zones plastiques tout en mettant en évidence les phénomènes de retour élastique, responsables des défauts de conception. L’animation ci-contre montre que le niveau des contraintes maximales est atteint au temps t = 1s mais diminue après le retour élastique. La forme finale, après le retour élastique est atteinte au bout de 1,5s

Picture24 Picture25
La robustesse du module ADINA implicite, les techniques d’intégration temporelle, ainsi que la qualité des éléments finis et des algorithmes de contact, sont des ingrédients exceptionnels qui composent la technologie d’ ADINA et permettent de prédire avec précision les résultats.


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Benchmark (Numisheet 2002)

Mise en forme d’une coupelle cylindrique
formageIl est en général plus « naturel » d’utiliser un code implicite ( plutôt qu’un code explicite) pour simuler les procédés d’emboutissage et de mise en forme des matériaux. Le programme ADINA –structure comporte à la fois des schémas d’intégration temporelle implicite et explicite. Le [...]
 

Mise en forme d’une coupelle cylindrique

formageIl est en général plus « naturel » d’utiliser un code implicite ( plutôt qu’un code explicite) pour simuler les procédés d’emboutissage et de mise en forme des matériaux. Le programme ADINA –structure comporte à la fois des schémas d’intégration temporelle implicite et explicite. Le choix des schémas d’intégration temporelle dépend de nombreux facteurs, et la nature physique du problème constitue le facteur le plus important. Par exemple, les cas de la dynamique rapide (tels les crash de voitures, les explosions..etc.) sont généralement analysés en utilisant un schéma d'intégration temporelle explicite, tandis que pour d'autres problèmes dits de « dynamique lente », le schéma d'intégration temporelle implicite est préférable. Un autre facteur majeur qui affecte le choix de l’intégration temporelle est « le temps de calcul ». Très souvent, l'intégration temporelle explicite est choisie pour résoudre des problèmes dits « quasi statiques », et ce, dans le seul but de réduire considérablement le temps de calcul. En contre partie, l’utilisateur est contraint d’introduire des artifices numériques pas toujours aisés à maitriser

Concernant le cas de test soumis au cours de la conférence Numisheet 2002, à titre de comparaison, la simulation a été effectuée à la fois sous ADINA-implicite et sous ADINA-explicite.

 

L’un des avantages à utiliser le module implicite pour ce benchmark, est que les paramètres de simulation respectent réellement les conditions expérimentales. De l’autre coté, en explicite, les facteurs d’ajustement imposent pour ce test, un ajustement de la masse afin de réduire le temps de calcul sans néanmoins recourir aux techniques de sous-intégration qui génèrent des phénomènes de « Houglass » à gérer. Ainsi, en comparaison avec le modèle implicite, deux facteurs d'échelle de masse sont utilisés : 10000 (modèle Explicit 1) et 100 (modèle Explicit 2) . Les temps de calcul sont donnés en minutes :   2
4.

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