Essais sur éprouvette dual hole - Expériences à basse vitesse

4.3 Expériences à basse vitesse

4.3.3 Essais sur éprouvette dual hole

Pour ces essais, la géométrie obtenue dans la section 4.2 de ce chapitre est utilisée (figure 4.9). Le montage utilisé (figure 4.19) est constitué d’un socle de base ○3 contenant une douille à bille afin de guider le poinçon○2 en translation. Le poinçon est un cylindre en acier de diamètre 12.6 mm dont une extrémité est usinée en biseau dont les deux face forment un angle de 90° et dont le rayon d’arête est de 1 mm.

L’éprouvette○¹ est centrée face au trou de passage du poinçon et fixée à l’aide d’une bague ○4 serrée par 8 vis. Trois colonnes reliées par un support sont solidaires du socle afin de permettre un accès visuel à l’échantillon. Le montage est positionné dans une machine de traction-compression universelle.

La surface utile de l’éprouvette est suivie par stéréo corrélation d’images à l’aide de deux caméras de 5 Mpx. C’est la partie socle-échantillon qui est mise en mouve-ment et le poinçon est fixe afin de garder la zone utile de l’éprouvette la plus immo-bile possible par rapport aux caméras ; ce qui permet de diminuer la profondeur de champ nécessaire et d’approcher au maximum les caméras de l’échantillon.

1

L’essai est eﬀectué à l’aide d’un dispositif déjà existant, le diamètre d’encastrement de la tôle est donc imposéD= 25.4mm. Le partie suivante de l’étude consiste donc à dimensionner la partie utile de l’éprouvette en optimisant le diamètre de perçage det la longueur du ligamentl(voir fig.).

• LS-Dyna, implicit, quadratic elements, J2 plasticity, PLP

• Two set of model parameters tested

• see whether a change in ordering of the two strain EpsCenter vs EpsEdge exists

L’étude d’optimisation a été réalisée à l’aide du logiciel LS-Dyna, une première recherche deletda été eﬀectuée en calcul implicite avec des éléments quadratiques (ELFORM 3: fully integrated quadratic 8 node element with nodal rotations) et le matériau est modélisé grâce à la loi MAT_POWER_LAW_PLASTICITY avec les paramètres du DP450 et du AA2024-T3.

4.3 parametric study onlandd

• Analysis along ligament : triaxiality, Lode parameter, equivalent plastic strain,

"2>20

Figure 4.19 – Montage de poinçonnement de l’éprouvette dual hole avec (1) une éprouvette non déformée, (2) le poinçon d’arête de rayon 1 mm, (3) la base de l’amarage de l’échantillon contenant une douille à bille afin de guider le poinçon et (4) la bague de fixation de l’échantillon.

L’essai est mené à une vitesse de 2 mm/min, ce qui donne une vitesse de défor-mation"˙⇡5·10 ³ s^-1. La figure 4.20 présente les courbes de force-déplacement de la traverse de l’ensemble des essais. La reproductibilité des essais en terme d’eﬀort

Expériences à basse vitesse 101 est difficile à prendre en compte, la géométrie du chanfrein et le système de serrage de l’éprouvette sont autant de facteurs pouvant impacter le niveau d’effort. Cepen-dant, comme nous allons le voir, cette variation du niveau d’effort modifie peu les mesures de déformation à rupture.

Figure 4.20 – Courbes d’eﬀorts des essais de poinçonnement d’éprouvette dual hole sur l’aluminium AA-2024-T3 et l’acier DP450.

La rupture est déterminée visuellement à partir des photos des essais. Lorsque l’instant et le lieu de la première initiation de rupture sont déterminés, la déformation est mesurée à l’instant précédent au lieu de la rupture. La figure 4.21 présente les champs de déformations eﬀectives mesurés sur les éprouvettes dual hole juste avant la rupture.

La figure 4.22 présente la répartition de la déformation eﬀective et de la triaxialité obtenue par la simulation le long du ligament de l’éprouvette dual hole. La déforma-tion équivalente expérimentale (trait noir continu) est comparée à celle obtenue par simulation (tirets noir). Sur l’aluminium 2024-T3, l’allure de la mesure expérimen-tale de la déformation est plus uniforme que le résultat donné par la simulation qui prévoit une élévation de la déformation sur le bord de l’éprouvette, cette diﬀérence est probablement engendrée par la profondeur du chanfrein qui est obtenue à±0.15 mm. Les données expérimentales et numériques de la déformation sur l’acier DP450 concordent. La répartition de la triaxialité (tirets bleus) montre que l’état de con-trainte est relativement uniforme sur 60 % de la largeur du ligament. La rupture sur l’aluminium apparait en limite de la zone en traction à déformation plane, à une distance du centre du ligament de0.6⇥l/2où l est la longueur du ligament en surface, tandis qu’elle apparait à 0.3⇥l/2 sur l’acier.

L’évolution de la triaxialité à l’endroit de la rupture (figure 4.23) est stable

1 0 2 Traction à déformation plane

F i g u r e 4 . 2 1 – C h a m p s d e d é f o r m a t i o n e ﬀe c t i v e d e s é p r o u v e t t e s d u a l h o l e d u A A -2 0 -2 4 - T 3 e t d u D P 4 5 0 à l ’ i m a g e p r é c é d e n t l ’ i n i t i a t i o n d e l a r u p t u r e .

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F i g u r e 4 . 2 2 – R é p a r t i t i o n d e l a d é f o r m a t i o n e ﬀe c t i v e e t d e l a t r i a x i a l i t é l e l o n g d u l i g a m e n t s u r l ’ é p r o u v e t t e d u a l h o l e a u m o m e n t d e l a r u p t u r e : A A 2 0 2 4 e t D P 4 5 0 . S u r l ’ a x e d e s a b s c i s s e s 0 e s t l e m i l i e u d u l i g a m e n t ( c e n t r e d e l ’ é p r o u v e t t e ) e t 1 l e b o r d d u c h a n f r e i n .

p e n d a n t l ’ e s s a i p o u r l e s d e u x m a t é r i a u x . P o u r l e A A - 2 0 2 4 - T 3 , e l l e v a u t e n m o y e n n e

⌘^av_AA ₂₀₂₄ _T₃ = 0.6 1 , e l l e e s t d o n c l é g è r e m e n t e n d e s s o u s l a v a l e u r a t t e n d u e q u i e s t d e 0.6 3 . P o u r l e D P 4 5 0 , ⌘^av_DP450 = 0.56 , c e q u i e s t e x a c t e m e n t l a v a l e u r a t t e n d u e . C e t e s s a i s e p r é s e n t e d o n c c o m m e u n e b o n n e a l t e r n a t i v e l o r s l a r e c h e r c h e d e l a d é f o r m a t i o n à r u p t u r e d e m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s d u c t i l e s .

L e s d é f o r m a t i o n s e ﬀe c t i v e s à r u p t u r e o b t e n u e s l o r s d e s e s s a i s d e t r a c t i o n à d é

-Expériences à basse vitesse 103

Figure 4.23 – Évolution de la déformation eﬀective en fonction de la triaxialité à l’endroit de l’initiation de la rupture : AA-2024-T3 et DP450.

formation plane sur éprouvette dual hole sont récapitulées dans le tableau 4.2. Les essais présentent une excellente répétabilité avec des valeurs pour chaque matériau présentant un écart relatif inférieur à 5 %. Sur le AA-2024-T3, la déformation à rupture mesurée est "f = 0.28, ce qui est identique à l’essai de V-bending présenté précédemment. La valeur obtenue pour le DP450 est "f = 0.84, elle est quasiment identique à celle obtenue avec l’éprouvette entaillée (0.83).

Table 4.2 – Déformations équivalentes à rupture des éprouvette dual hole mesurées expérimentalement.

Material "^{T est1}_f "^{T est2}_f "^{T est3}_f "^average_f

AA-2024-T3 0.28 0.27 0.28 0.28

DP450 0.82 0.84 0.86 0.84

Pour résumer, l’essai de traction sur éprouvette entaillée, malgré sa facilité de mise en œuvre, s’applique à des matériaux qui ont une vallée de déformation à rup-ture en traction biaxiale très prononcée afin d’éviter l’initiation de la ruprup-ture sur le bord de l’éprouvette. L’utilisation de caméras rapides est conseillée pour anal-yser expérimentalement le lieu d’apparition de la rupture. Malgré cela, la rupture peut tout de même apparaitre au cœur du matériau, cet essai nécessite également l’utilisation de la simulation pour déterminer le lieu d’apparition de la rupture.

L’essai de V-bending donne un trajet de chargement d’une excellente stabilité mais son application est limitée à des matériaux de faible ductilité et dont l’épaisseur est suﬃsamment grande. L’essai DHPST (dual hole plane strain tension) quand à lui présente tout de même une limite pour les matériaux présentant une très faible

104 Traction à déformation plane ductilité et une vallée de déformation à rupture en traction biaxiale peu prononcée, ces matériaux sont alors à tester sur un dispositif de type V-bending.

Dans le document The DART-Europe E-theses Portal (Page 121-125)