Simulation d'assemblage mécanique avec COLDFORM®
Les procédés d’assemblage mécanique offrent plusieurs avantages par rapport à d’autres techniques d’assemblage (assemblage par collage ou soudage). Ils peuvent être utilisés pour les matériaux soudables et non soudables, les alliages d’aluminium et de magnésium, et procurent des avantages à l’industrie des métaux légers. Ils ne comprennent aucune interaction chimique (pas de changement de la composition chimique ou de la microstructure), et leur efficacité dépendent uniquement des matériaux, et non des liaisons atomiques ou moléculaires.
Dans un procédé d'assemblage mécanique, il est possible d’assembler différents matériaux (métal-verre ou métal-plastique) et de les démonter sous certaines conditions.
Les inconvénients de ce procédé sont les éventuels phénomènes de fatigue ou de corrosion au niveau du point de fixation, ainsi que de desserrage automatique.
COLDFORM® est un logiciel d’analyse par éléments finis qui intègre des capacités robustes pour résoudre des simulations avec une grande déformation plastique de plusieurs corps. COLDFORM® est donc une solution idéale pour modéliser et analyser plusieurs procédés d’assemblage mécanique tels que le clinchage, le rivetage avec poinçonnet, le rivetage auto-poinçonneur, le sertissage, etc.
Bénéfices de la simulation prédictive
COLDFORM® permet d’effectuer des simulations puissantes dans le but de :
- Assurer la faisabilité du procédé en contrôlant chaque étape de la « mise en données »
- Vérifier l’influence des paramètres du procédé (revêtement, etc.)
- Maîtriser le contrôle dimensionnel et les propriétés de fixation
- Tirer parti des conditions initiales dues au procédé de fabrication (histoires thermo-mécaniques du matériau)
- Tester le comportement de la solution de fixation en conditions de service
- Prévoir les performances et la durée de vie des fixations
Avantages concurrentiels de COLDFORM® pour l'assemblage mécanique
- Le contact entre plusieurs corps est modélisé à l’aide d’un algorithme maître/maître ou maître/esclave en 2D et maître/esclave en 3D, ce qui facilite la résolution mécanique du chaînage entre les corps.
- Lors des applications de rivetage aveugle : des zones d’auto-contact apparaissent à l’endroit où le métal coule sur lui-même.
- Il est possible de créer votre propre fichier matériaux en utilisant l’ « outil de génération de rhéologie à froid », ou d’autres sources de données matériaux telles qu’une base de données JMatPro, Total Materia ou FPD.
- Le remaillage auto-adaptatif est effectué lors des simulations de rivetage auto-poinçonneur sur les profils de frontière.
Remaillage auto-adaptatif
- Plusieurs critères d'endommagement et de rupture sont développés et utilisés comme routines utilisateur, notamment Latham & Cockroft, Oyane, Ryce&Tracey, Chaboche-Lemaitre, etc. Ces critères d'endommagement peuvent être utilisés dans des simulations de rivetage auto-poinçonneur.
- Les éléments sont supprimés automatiquement lorsque la valeur de déclenchement des critères d'endommagement est atteinte.
Etude de cas des procédés de clinchage et rivetage
Contraintes de Von Mises sur un procédé de clinchage
La configuration du clinchage est axisymétrique : une configuration 2D est utilisée dans cette étude.
Répartition de la contrainte effective pendant le procédé de clinchage
Pour déterminer correctement l’état de contrainte final de l’assemblage, une simulation de retour élastique doit être effectuée (figure 1). Il est possible d’utiliser la fonction « displacement view » (vue de déplacement) disponible dans le post-processeur pour agrandir l’affichage du champ de déplacement (figure 2).
1) Répartition de la contrainte de Von Mises avant et après le retour élastique
2) Résultats des déplacements pendant le retour élastique, agrandis 5 fois
Pour observer la charge de contrainte, il suffit de modéliser un simple essai mécanique. Deux matrices y sont définies, l’une sur la partie supérieure, qui tire la feuille de métal supérieure, et l’autre sur la partie inférieure, qui maintient l’extrémité de la feuille inférieure en position. Le comportement de collage entre les matrices et les pièces est assuré par le fichier de frottement « bilatéral collant ».
Répartition des contraintes de Von Mises pendant l'essai mécanique
Courbe illustrant la force de démontage
Contrainte équivalente sur un procédé de rivetage auto-poinçonneur
Ce paragraphe est consacré à l’analyse des résultats d’un rivetage auto-poinçonneur. La vidéo illustre la variation de l’ensemble des contraintes équivalentes de 0 à 3. À la fin du procédé de rivetage auto-poinçonneur, la libération des contraintes dues au retour élastique est calculée en trois principales étapes.
Répartition de la contrainte effective
La figure ci-dessous décrit la répartition de la contrainte de Von Mises avant et après le retour élastique. Une zone de contrainte élevée est encore présente au niveau du rivet (zone entourée).
COLDFORM® permet également une analyse du cisaillement dû au démontage. Il est possible d’effectuer un tracé et de calculer la force de démontage nécessaire et les résultats des contraintes, comme indiqué à la figure 5.
Force de démontage pendant le procédé
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