Modélisation de L'usinage de L'alliage de Titane Ti-6AI-4V Utilisant Un Modèle Constitutif Prenant en Compte L'état de Contrainte Dans la Zone de Déformation PDF Download
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Author: Wenyu Cheng
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Book Description
The aim of this thesis is to propose a constitutive model of Ti-6Al-4V titanium alloy and apply it to the metal cutting simulation. This constitutive model includes the most relevant parameters affecting the mechanical behavior (plasticity and damage) of Ti-6Al-4V titanium alloy in metal cutting (i.e. the state of stress and the strain-rate). Special specimens were designed to generate a wide range of states of stress (i.e. triaxiality and Lode angle) in mechanical testing, which are representative of the metal cutting process. An optimization-based procedure was developed to determine the coefficients of the constitutive model with high accuracy. The accuracy of the proposed constitutive model to describe the mechanical behavior of Ti-6Al-4V alloy under different states of stress was confirmed by comparing the experimental and simulated results of the mechanical tests. Finally, orthogonal cutting and turning models of Ti-6Al-4V including the proposed constitutive model were developed and applied to predict the forces, temperatures, chip geometry and the surface integrity in the machined surface and subsurface. The accuracy of these machining models was evaluated by comparing the simulated and experimental results.
Author: Wenyu Cheng
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The aim of this thesis is to propose a constitutive model of Ti-6Al-4V titanium alloy and apply it to the metal cutting simulation. This constitutive model includes the most relevant parameters affecting the mechanical behavior (plasticity and damage) of Ti-6Al-4V titanium alloy in metal cutting (i.e. the state of stress and the strain-rate). Special specimens were designed to generate a wide range of states of stress (i.e. triaxiality and Lode angle) in mechanical testing, which are representative of the metal cutting process. An optimization-based procedure was developed to determine the coefficients of the constitutive model with high accuracy. The accuracy of the proposed constitutive model to describe the mechanical behavior of Ti-6Al-4V alloy under different states of stress was confirmed by comparing the experimental and simulated results of the mechanical tests. Finally, orthogonal cutting and turning models of Ti-6Al-4V including the proposed constitutive model were developed and applied to predict the forces, temperatures, chip geometry and the surface integrity in the machined surface and subsurface. The accuracy of these machining models was evaluated by comparing the simulated and experimental results.
Author: Dominique Ibrahima Yameogo
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Le présent travail concerne l'étude de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V, matériau très apprécié par les industries aéronautique, biomédicale et de l'énergie. Les qualités des alliages de titane sont nombreuses : haute résistance aux températures élevées et à la corrosion, haute résistance mécanique, biocompatibilité, etc. Cependant, certaines propriétés physiques de ces matériaux, comme leur faible conductivité thermique, conduisent à des difficultés lors de leur mise en forme par usinage. Des études ont été et sont toujours conduites afin de comprendre le comportement de ces matériaux lors de leur mise en forme. Peu de travaux portent sur la prise en compte de la microstructure dans le comportement des alliages de titane lors du procédé d'usinage. Cette dimension constitue l'une des originalités de ce travail de thèse. Les phénomènes microstructuraux sont caractérisés à travers une étude expérimentale en coupe orthogonale de l'alliage Ti-6Al-4V. Les efforts, la température, la morphologie des copeaux et la microstructure sont analysés et interprétés. Une étude numérique du processus de coupe par simulation éléments finis est employée pour comprendre le rôle de l'endommagement et de la recristallisation. A partir des conclusions de ces différentes études, la construction d'un nouveau modèle de comportement est proposée. Ce modèle est appliqué à une modélisation élément fini pour différentes conditions de coupe afin d'étudier l'influence des paramètres d'usinage. Le modèle est validé par comparaison aux résultats expérimentaux. Il est ensuite exploité afin de proposer une analyse du processus de la coupe et notamment de la formation du copeau.
Author: Mahmoud Harzallah
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Pages : 239
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Ce travail s'inscrit dans une stratégie d'investigation expérimentale et numérique des mécanismes d'enlèvement de la matière lors de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V. Il aborde un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir la thermique et la mécanique aux petites échelles (micrométrique). Le manque de moyens de mesure dédié à ces échelles de temps et de l'espace (phénomènes rapides et très locaux) ne permet pas, à ce jour, d'appréhender précisément les phénomènes thermomécaniques mis en jeu pendant la formation de copeau. De ce fait, un dispositif spécifique, appelé VISIR, répondant à cette problématique a été mis en place. La partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes d'enlèvement de la matière. Elle a notamment permis de mettre en évidence l'évolution de grandeurs mécaniques et thermiques durant la formation des festons mais surtout le couplage entre la température et la vitesse de déformation. Basée sur les constatations expérimentales, une étude du comportement thermomécanique de cet alliage a été mis en place. Des essais en cisaillement dynamique à travers des éprouvettes chapeau ont permis d'identifier par méthode inverse une nouvelle loi de comportement couplée en température et en vitesse de déformation. De plus, une étude de l'endommagement s'est appuyée sur l'identification et l'évaluation de huit critères communément utilisés dans le domaine de mise en forme a permis de proposer une nouvelle loi, inspirée du critère de Tresca, couplée au comportement. L'intégralité de ces formulations couplée à un modèle de frottement Stick-Slip ont enfin été implémentés dans un modèle EF 3D. La confrontation expérimentale/numérique en termes de grandeurs mécaniques et thermiques a révélé la robustesse et l'aspect prédictif du modèle EF développé. Enfin, les résultats de cette étude ont permis de développer une discussion détaillée sur les mécanismes d'enlèvement de la matière et plus particulièrement les complexes trajet des fissurations.
Author: Houssemeddine Ben Boubaker
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Les alliages de titane, notamment grâce à leur faible densité et leurs bonnes propriétés mécaniques, ont vu leur utilisation s'accroître ces dernières années. Cependant, du fait que ces matériaux sont réfractaires, leur mise en forme par usinage à sec est souvent difficile. Toutefois, il est difficile de comprendre les mécanismes induisant la mauvaise usinabilité des alliages de titane en se basant seulement sur des essais expérimentaux. Le recours à la modélisation numérique est une alternative efficace qui permet d'accéder à des grandeurs physiques locales et instantanées et de faciliter la compréhension des mécanismes de formation du copeau. La plupart des simulations numériques d'usinage s'appuient sur une modélisation où le matériau est considéré comme macroscopiquement homogène. Ces simulations permettent d'avoir une estimation globale des phénomènes mécaniques, thermiques et tribologiques engendrés par la coupe. Cependant, lorsque la taille des grains devient comparable par rapport au volume coupé, l'hypothèse d'homogénéité n'est plus valable. Le principal objectif de cette étude est la mise en place d'un modèle de comportement adapté à la modélisation de l'usinage de l'alliage de titane Ti17. À cause de son importante taille des grains, la prise en compte des hétérogénéités microstructurales constitue un élément essentiel de la démarche de modélisation qui s'appuie très largement sur le cadre de la plasticité cristalline. Une loi d'homogénéisation écrite à l'échelle locale permet de considérer la nature hétérogène du Ti17. Ainsi, une procédure d'identification des paramètres basée sur les courbes de comportement en traction, en compression et cisaillement est proposée. Si l'objectif de ce travail est la construction d'un modèle de comportement à l'échelle cristalline, il est néanmoins nécessaire de caractériser le comportement de l'alliage de titane Ti17. Il s'agit d'abord de caractériser le comportement viscoplastique de l'alliage Ti17 puis d'étudier les phénomènes d'endommagement. Finalement, le modèle est principalement utilisé afin de prévoir le rôle des paramètres de coupe et de la microstructure sur les mécanismes de formation du copeau.
Author: P.R.N. Childs
Publisher: Butterworth-Heinemann
ISBN: 0080524028
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 420
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Metal machining is the most widespread metal-shaping process in the mechanical manufacturing industry. World-wide investment in metal machining tools increases year on year - and the wealth of nations can be judged by it. This text - the most up-to-date in the field - provides in-depth discussion of the theory and application of metal machining at an advanced level. It begins with an overview of the development of metal machining and its role in the current industrial environment and continues with a discussion of the theory and practice of machining. The underlying mechanics are analysed in detail and there are extensive chapters examining applications through a discussion of simulation and process control. "Metal Machining: Theory and Applications" is essential reading for senior undergraduates and postgraduates specialising in cutting technology. It is also an invaluable reference tool for professional engineers. Professors Childs, Maekawa, Obikawa and Yamane are four of the leading authorities on metal machining and have worked together for many years.Of interest to all mechanical, manufacturing and materials engineersTheoretical and practical problems addressed
Author: Adrien Cellier
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Languages : fr
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Cette étude s'est focalisée sur l'influence d'une opération de fraisage sur l'intégrité de surface et la durée de vie en fatigue des pièces usinées en titane (Ti-6Al-4V). L'influence des paramètres géométriques tels que les angles de coupe et les rayons de bec sur la performance de l'outil à savoir la durée de vie de l'outil est analysée. Une deuxième partie est consacrée à l'influence des paramètres géométriques sur l'intégrité de surface définie par des facteurs tels que la topographie, les contraintes résiduelles, la dureté et la microstructure. Afin de déterminer la nature des contraintes résiduelles, une approche thermomécanique a été utilisée. Une relation entre les contraintes résiduelles et la dureté sous la surface usinée est établie. Une dernière partie est dédiée à la l'étude de la fatigue des pièces en titane usinées selon les différents paramètres géométriques. Une comparaison des limites d'endurance expérimentales et analytiques issue de la littérature a permis de déterminer les paramètres influents de l'intégrité de surface sur la performance en fatigue. Une analyse fractographique a révélé les phénomènes liés à l'usinage influençant la rupture du matériau.
Author: BRUNO.. DUMANOWSKI
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Languages : fr
Pages : 195
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LES LIENS QUI UNISSENT LES PROPRIETES MECANIQUES DE L'ALLIAGE DE TITANE TI-6AL-4V A SON ETAT MICROSTRUCTURAL SONT ETROITS. CE SONT LES OPERATIONS DE MISE EN FORME A CHAUD QUI CONFERENT A CET ALLIAGE SA MICROSTRUCTURE. L'APPARITION DES STRUCTURES DE PRODUITS FORGES INDUSTRIELLEMENT EST ETUDIEE PAR LE TRUCHEMENT DE L'ESSAI DE COMPRESSION AXISYMETRIQUE A CHAUD. AFIN DE DISPOSER DE TAUX DE DEFORMATION PRECIS AU SEIN DES ECHANTILLONS DEFORMES, UNE ANALYSE MECANIQUE DE L'ESSAI DE COMPRESSION UNIAXIALE EST TOUT D'ABORD EFFECTUEE. IL S'AGIT D'UN MODELE UTILISANT LE THEOREME DE LA BORNE SUPERIEURE. IL PERMET DE CONNAITRE LE TAUX DE DEFORMATION LOCALE EN FONCTION DE LA DEFORMATION GLOBALE APPLIQUEE AUX ECHANTILLONS. LES RESULTATS SONT CONFRONTES A CEUX FOURNIS, POUR LES MEMES CONDITIONS DE COMPRESSION, PAR LE CODE D'ELEMENTS FINIS FORGE2. LA PARTIE EXPERIMENTALE EST DIVISEE EN DEUX CHAPITRES. LE PREMIER S'INTERESSE A LA FORMATION DE LA STRUCTURE EQUIAXE A PARTIR D'UNE STRUCTURE LAMELLAIRE GROSSIERE. LE SECOND REND COMPTE DE L'AFFINEMENT DE MICROSTRUCTURES EQUIAXES. DANS CHACUN D'EUX, ON TROUVE LA DESCRIPTION DES MICROSTRUCTURES INITIALES, LE DETAIL ET LES MECANISMES DE LEUR TRANSFORMATION AINSI QUE LES COURBES CONTRAINTE-DEFORMATION ASSOCIEES. LES RESULTATS SONT SYNTHETISES DANS DES DIAGRAMMES TEMPERATURE-DEFORMATION LOCALE. LES TEXTURES DE DEFORMATION SONT EGALEMENT DETERMINEES ET ANALYSEES.
Author: Fatna Benmessaoud
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Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
L'amélioration des performances mécaniques des matériaux utilisés dans l'aéronautique repose généralement sur la compréhension de la relation entre les paramètres microstructuraux et le comportement mécanique macroscopique. De plus, le caractère hétérogène et anisotrope de la plupart des matériaux métalliques, notamment l'alliage de titane Ti-6Al-4V, implique une étude assez approfondie à l'échelle locale. Ce travail constitue une contribution dans ce domaine. Il a pour but d'analyser le comportement mécanique de l'alliage Ti-6Al-4V soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec la microstructure. Des caractérisations microstructurales ont été tout d'abord effectuées sur des microstructures nodulaires de Ti-6Al-4V possédant la même texture cristallographique mais avec trois tailles de grain différentes : ultra fine, fine et standard, puis sur des microstructures possédant la même taille de grain mais avec deux textures différentes : forte et faible. Dans une deuxième étape, des essais mécaniques monotones et cycliques ont été réalisés. Les résultats de cette partie ont permis le développement d'un modèle à l'échelle macroscopique. Par la suite, une technique d'analyse des traces de glissement a été développée dont l'objectif est d'identifier la contribution de différents systèmes de glissement dans l'accommodation de la déformation plastique. La dernière partie de cette thèse a été consacrée au développement d'un modèle de plasticité cristalline couplé à la méthode des éléments finis (Crystal Plasticity Finite Element Method (CPFEM)) permettant d'analyser l'effet couplé de la taille moyenne des grains, leur dispersion relative et leur texture cristallographique sur le comportement obtenu aux échelles microscopique, mésoscopique et macroscopique. Les paramètres du modèle ont été identifiés en utilisant des techniques appropriées de transition d'échelles en champs moyens. Les Volumes Élémentaires Représentatifs (VER) utilisés dans le modèle ont été optimisés en considérant deux contraintes majeures : un nombre de grains représentatif et un maillage adéquat. Les simulations numériques ont été réalisées par le biais du code de calcul éléments finis Abaqus/Standard interfacé par la librairie ZMAT.
Author: Bernard Lesourd
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Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
L'usinage assisté par laser (ual) est un procédé qui permet d'ameliorer l'usinage de matériaux difficiles à usiner, comme l'alliage de titane ta6v. La conception et l'installation du poste d'essais sont decrites. Des abaques thermiques ont été mises au point pour l'UAL. Les essais réalisés sur le TA6V montrent une forte diminution des efforts de coupe et des vibrations en UAL, ainsi qu'une modification de la morphologie des copeaux. Un critère analytique de segmentation du copeau est développé. Il permet de déterminer le type de copeau formé en usinage en fonction des caractéristiques du matériau usine et des parametres operatoires. Il montre une bonne correlation avec les resultats experimentaux. Un modele thermomecanique fortement couple aux elements finis a egalement ete developpe. Il fournit une representation satisfaisante de l'ecoulement de la matiere lors du processus d'usinage, et met en evidence la transition copeau continu copeau segmentee en fonction des paramètres de coupe. L'analyse détaillée de la segmentation du copeau permet de decrire le mécanisme périodique de localisation du cisaillement. On montre ainsi l'importance majeure de la loi de frottement a l'interface outil-copeau sur la frequence de segmentation du copeau, ainsi que celle des parametres geometriques (avance, angle de coupe) sur la stabilité du processus. Ces modèles ont nécessité la determination d'une loi de comportement du TA6V prenant en compte les phénomenes d'ecrouissage, de sensibilité à la vitesse de déformation et d'adoucissement thermique, dans des gammes adaptées à l'usinage et à l'UAL.
Author: Théo Dorlin
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans l'optique de maîtriser l'industrialisation des pièces complexes, les efforts de coupe sont une source riche d'informations. Bien que la prédiction des efforts de coupe soit un sujet largement traité par la communauté scientifique, quelques verrous subsistent. Les travaux de cette étude visent à enrichir les modèles existants sous deux principaux aspects : une étude approfondie de l'influence des conditions de contact en dépouille associées à la géométrie de pièce et l'effet de l'usure de l'outil sur l'évolution des efforts de coupe au cours du temps. Pour ce faire, plusieurs expérimentations instrumentées sont réalisées afin de déterminer les paramètres influents à introduire dans les modélisations. S'appuyant sur ces observations, des modélisations, selon une approche phénoménologique, sont développées pour estimer respectivement le niveau d'usure de l'outil, les efforts de coupe et leur évolution fonction au cours du temps. Ces développements sont conduits pour les techniques de fraisage, de tournage intérieur et de tournage extérieur appliquées à l'usinage de l'alliage de titane aéronautique Ti6Al4V. Les méthodologies présentées dans cette étude sont transposables vers d'autres nuances d'alliages de titane afin de couvrir un domaine d'application large en industrie.
