Développement d'une modélisation à l'échelle cristalline d'un alliage de titane pour la simulation de l'usinage - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2019

On the development of a crystal scale model of titanium alloy for machining simulation

Développement d'une modélisation à l'échelle cristalline d'un alliage de titane pour la simulation de l'usinage

Abstract

Titanium alloys, have seen their use increase in recent years due to their low density and good mechanical properties. However, because titanium alloys are hard-to-cut materials, their shaping by dry machining is often difficult. Hence, it is difficult to understand the mechanisms inducing the poor machinability of titanium alloys using only experimental tests. Performing numerical simulations is an alternative that can provide some access to local physical quantities and can improve the understanding of chip formation mechanisms. Most of numerical machining simulations are based on the hypothesis of isotropic and homogeneous material properties. These simulations provide an overall estimate of mechanical, thermal and tribological phenomena induced by machining operations. The main objective of this study is the development of a mechanical model adapted to the machining modelling of the Ti17 titanium alloy. Because of its high grain size, explicitly taking into account the microstructural heterogeneity is an essential part of the modelling strategy, which relies on the crystal plasticity framework. A homogenization law written on the local scale is used to consider the two-phases Ti17 microstructure. Thus, an identification procedure of the constitutive model parameters based on tensile, compression and shear tests is proposed. While the objective of this work is to develop a constitutive model at crystal scale, it is nevertheless necessary to characterize the behavior of the Ti17 titanium alloy. The viscoplastic behavior is studied using compression tests and then, the damage phenomena are investigated using tensile and shear tests. Finally, the model is mainly used to predict the impact of cutting parameters and microstructure on chip formation mechanisms.
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.
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tel-03041556 , version 1 (05-12-2020)

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  • HAL Id : tel-03041556 , version 1

Cite

Houssemeddine Ben Boubaker. Développement d'une modélisation à l'échelle cristalline d'un alliage de titane pour la simulation de l'usinage. Mécanique des solides [physics.class-ph]. Université d'Angers, 2019. Français. ⟨NNT : 2019ANGE0058⟩. ⟨tel-03041556⟩
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