Efficient strategies to speed up material characterization and parameter identification for virtual forming of metallic sheets - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Efficient strategies to speed up material characterization and parameter identification for virtual forming of metallic sheets

Stratégies efficaces en caractérisation des matériaux et calibration de modèles mécaniques pour la conception virtuelle des tôles métalliques

Résumé

The mechanical design of sheet metal forming parts tends to be more virtual, reducing delays and manufacturing costs. Reliable numerical simulations can also lead to optimized metallic parts using accurately calibrated advanced constitutive models. Thus, the aim of this thesis is to improve the representation of the mechanical behavior of the material in the numerical model, by developing methodologies to calibrate advanced constitutive models. A recent trend is the use of a limited number of heterogeneous mechanical tests. Yet, the design of the most suitable tests is still an open question. To that extent, an overview of heterogeneous mechanical tests for metallic sheets is provided. However, no standards exist for such tests, so metrics to analyze the achieved mechanical states are suggested. Results show that the use of various metrics provides a good basis to evaluate heterogeneous mechanical tests. Due to the development of full-field measurement techniques, it is possible to use heterogeneous mechanical tests to characterize the behavior of materials. However, no analytical solution exists between the measured fields and the material parameters. Inverse methodologies are required to calibrate constitutive models using an optimization algorithm to find the best material parameters. Most applications tend to use a gradient-based algorithm without exploring other possibilities. The performance of optimizations algorithms in the calibration of a thermoelastoviscoplastic model is discussed in terms of efficiency of the optimization process. Often, plane stress conditions are assumed in the calibration of constitutive models. Nevertheless, it is still unclear whether these are acceptable when dealing with large deformations. To further understand these limitations, the calibration of constitutive models is compared using the virtual fields method in 2D and 3D frameworks. However, the 3D framework requires volumetric information of the kinematic fields, which is experimentally difficult to obtain. To address this constraint, an already existing volume reconstruction method is further improved to consider strain gradients in the thickness.
La conception mécanique des pièces métalliques tend à être plus virtuelle, réduisant les délais et les coûts de fabrication. Des simulations numériques fiables peuvent conduire à des pièces optimisées en utilisant des modèles mécaniques avancés calibrés avec précision. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'améliorer la représentation du comportement du matériau dans le modèle numérique, en développant des méthodologies pour calibrer des modèles de comportement avancés. Une tendance récente est l'utilisation d'un nombre limité d'essais mécaniques hétérogènes. Pourtant, la conception des tests les plus adaptés reste une question ouverte. Ce travail détaille les essais mécaniques hétérogènes pour les tôles métalliques. Cependant, aucune norme n'existe pour de tels tests, ainsi des métriques pour analyser les états mécaniques sont suggérées. Les résultats montrent que l'utilisation de diverses métriques fournit une bonne base pour évaluer des essais mécaniques hétérogènes. L'utilisation des essais mécaniques hétérogènes pour caractériser le comportement des matériaux est rendue possible par des mesures de champ. Cependant, aucune solution analytique n'existe entre les champs mesurés et les paramètres du matériau. Des méthodologies inverses sont nécessaires pour calibrer les modèles de comportement à l'aide d'un algorithme d'optimisation afin de déterminer les paramètres de matériau. Un algorithme basé sur le gradient est très fréquemment utilisé, sans explorer d'autres possibilités. La performance de plusieurs algorithmes dans la calibration d'un modèle thermoélastoviscoplastique est discutée en termes d'efficacité et du processus d'optimisation. Souvent, des conditions de contraintes planes sont supposées dans la calibration des modèles, hypothèse qui est remise en cause dans le cas de forte localisation des déformations. La calibration de modèles est comparée à l'aide de la méthode des champs virtuels. Cependant, le cadre 3D nécessite des informations volumétriques des champs cinématiques. Une méthode de reconstruction volumique est améliorée pour prendre en compte les gradients de déformation dans l'épaisseur.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04115890 , version 1 (02-06-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04115890 , version 1

Citer

Miguel Jorge Guimarães de Oliveira. Efficient strategies to speed up material characterization and parameter identification for virtual forming of metallic sheets. Solid mechanics [physics.class-ph]. Université de Bretagne Sud; Universidade de Aveiro (Portugal), 2022. English. ⟨NNT : 2022LORIS649⟩. ⟨tel-04115890⟩
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