Experimental process development and aerospace alloy formability studies for hydroforming

Mojarad Farimani, Saeed (2013). Experimental process development and aerospace alloy formability studies for hydroforming. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le procédé d’hydroformage, la pression d’un fluide est utilisée pour déformer plastiquement un tube paroi mince à l’intérieur d’une matrice fermée afin de remplir la cavité de la matrice. L’hydroformage des tubes possède de nombreux avantages qui rendent ce procédé très intéressant pour plusieurs industries telles que l’automobile et l’aérospatiale. Mais, à cause de différents facteurs tels que la formabilité des matériaux, l’ordre et les séquences du chargement (force de compression axiale et pression interne pendant le procédé), la géométrie de l’outil et la friction, c’est un procédé de mise en forme assez complexe. Ainsi, la simulation par éléments finis combinée à des méthodes d’optimisation peuvent réduire significativement le coût de l’approche “Essai – Erreur” utilisée dans les méthodes conventionnelles de mise en forme. Dans ce mémoire, pour étudier les effets de différent paramètres tels que les conditions de friction, l’épaisseur du tube et la compression axiale sur la pièce finale, des essais d’hydroformage de tube ont été menés en utilisant une matrice de forme ronde à carrée. Les expériences ont été effectuées sur des tubes d’acier inoxydable 321 de 50.8 mm (2 in) de diamètre et deux différentes épaisseurs ; 0.9 mm et 1.2 mm. L’historique du chargement a été enregistré avec le système d’acquisition de la presse. Un système de mesure de déformation automatique, Argus, a été utilisé pour mesurer les déformations sur les tubes hydroformés. Les données collectées à partir des essais initiaux ont été utilisées pour comparer avec les simulations. Le procédé a été simulé et optimisé à partir des logiciels Ls-Dyna et Ls-Opt, respectivement. Les variations de déformations et d’épaisseurs mesurées à partir des expériences ont été comparées aux résultats de la simulation par éléments finis dans les zones critiques. La comparaison des résultats de la simulation et des expériences sont en bon accord indiquant que l’approche peut être utilisée pour prédire la forme finale et les variations d’épaisseurs de pièces hydroformées pour des applications aérospatiales.

Résumé traduit

In tube hydroforming process, a pressurized liquid is used to expand a thin walled tube inside a closed die in order to fill the die cavity. Tube hydroforming has many advantages that make it interesting for different industries such as automotive and aerospace, but due to the effects of different factors, such as formability of the material, load path (end feeding force and internal pressure during the process), tool geometry and friction, it is a quite complex manufacturing process. Therefore, finite element simulation along with optimization methods can significantly reduce the cost of trial and error approach used in conventional manufacturing methods. In this work, to investigate the effects of different process parameters such as friction condition, tube thickness and end feeding on the final product, tube hydroforming experiments were performed using a round to square-shape die. Experiments were performed on stainless steel 321 tubes with 50.8 mm (2 in) diameter and two different thicknesses; 0.9 mm and 1.2 mm. Experimental load paths were obtained via the data acquisition system of the hydroforming press, which is fully instrumented. An automated deformation measurement system, Argus, was used to measure the strains on the hydroformed tubes. Data collected from the initial experiments were used to simulate and then optimize the process. The process was simulated and optimized using Ls-Dyna and Ls- Opt software, respectively. Strains and thickness variations measured from experiments were compared to FE simulation results at critical sections. The comparison of the results from FE simulations and experiments were in good agreement, indicating that the approach can be used for predicting the final shape and thickness variations of the hydroformed parts for aerospace applications.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Master's thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement [i.e. fulfillment] of the requirements for master's degree in mechanical engineering". Bibliographie : pages 107-114.
Mots-clés libres:	Formage sous haute énergie. Tubes en acier Industrie. Travail des métaux. Méthode des éléments finis. hydroformage de tube, analyse par éléments finis, optimisation, alliages aéronautiques
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Champliaud, Henri
Codirecteur:	Codirecteur Gholipour Baradari, Javad
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	14 mai 2014 14:31
Dernière modification:	15 janv. 2018 21:40
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1261

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