rapport these-azaouzi imp

Institut National Polytechnique de Lorraine-INPL Nancy
2, Avenue de la Forêt de Haye 54516 Vandoeuvre-Les-Nancy
Tel.[phone] Fax [phone]
École doctorale EMMA Lorraine
N°attribué par la bibliothèque
Modélisation et optimisation numérique
de l’emboutissage de pièces de précision
en tôlerie fine
THESE
Présentée et soutenue publiquement le 11 Décembre 2007
Pour l'obtention du grade de
Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité "Mécanique et Énergétique"
Par
Mohamed AZAOUZI
Composition du jury
Rapporteur : Mr Philippe Dal Santo Professeur, ENSAM Angers
Mr Jean-Marc Roelandt Professeur, UTC Compiègne
Examinateur : Mr Jean-Louis Batoz Professeur, UTC Compiègne
Mr Christian Cunat Professeur, INPL Nancy
Mr Arnaud Delamézière Maître-Assistant, GIP-InSIC Saint-Dié
Mr Salim Belouettar Ingénieur de recherche, CRPHT Luxembourg
Invité : Mr Hakim Naceur Maître de Conférence, UTC Compiègne
Mr David Sibaud Ingénieur R&D, Gottschol-Alcuilux
Luxembourg
tel-00345712, version 1 - 9 Dec 2008

tel-00345712, version 1 - 9 Dec 2008

RESUME
Le présent travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet industriel proposé par une
entreprise luxembourgeoise et en collaboration avec le Centre de Recherche Public Henry
Tudor du Luxembourg (Laboratoire des Technologies Industriels (LTI)). L’objectif consiste à
mettre au point une méthode numérique de détermination de la forme des outils
d’emboutissage et du flan de pièces de précision en tôlerie fine pour que ce dernier, une fois
déformé en une ou plusieurs opérations, correspond à la définition tridimensionnelle du
cahier des charges. La méthode a pour objectif de remplacer une démarche expérimentale
coûteuse par essais–erreur.
Deux démarches numériques sont proposées, la première est relative à la détermination
de la forme du flan. Elle consiste à estimer la forme du flan par Approche Inverse en partant
de la forme 3D demandée. Puis, un logiciel de simulation incrémental par éléments finis en
3D est utilisé dans une procédure d’optimisation heuristique pour déterminer la forme du
flan. Dans la deuxième démarche, il s’agit de déterminer la forme des outils d’emboutissage
en utilisant le logiciel de simulation incrémental couplé avec une méthode de compensation
du retour élastique en 2D. La démarche numérique est validée expérimentalement dans le
cas d’un emboutissage réalisé en une ou plusieurs passes, à l’aide d’une presse manuelle,
sans serre flan et avec des outils de forme très complexe.
MOTS-CLÉS : Emboutissage, tôles minces, modélisation par éléments finis, approche inverse,
grandes déformations, comportement élasto-plastique, code incrémental, optimisation.
ABSTRACT
The present study deals with an industrial project proposed by a luxembourgian
enterprise and in collaboration with the luxembourgian research centre Henry Tudor
(Laboratory of Industrial Technologies (LTI)). The main objective is to build a numerical
approaches for the determination of the initial blank shape contour and tools shape for 3D
thin metallic precision parts obtained by stamping, knowing the 3D CAD geometry of the final
part. The purpose of the present procedure is to replace the expensive and time consuming
experimental trial and error optimization method.
Two numerical approaches have been proposed, the first is regarding the determination of
the blank shape. An estimation of the blank shape can be given using the Inverse Approach.
Update of the blank shape will then be continued by iterations combining heuristic
optimization algorithms and incremental stamping codes. The second approach is based on
precise finite element models and on spring-back compensation algorithm. The numerical
approaches are tested in the case of a special stamping process where the parts are
pressed in one or more steps using a manual press, without blank holder and by the mean of
complex shape tools.
KEYWORDS: Stamping, thin sheet, finite element modelling, inverse approach, large strains,
elasto-plastic behaviour, incremental code, optimization.
tel-00345712, version 1 - 9 Dec 2008

Remerciements
En premier lieu, je tiens à exprimer ma gratitude à mon directeur de thèse, Jean-Louis
Batoz, pour ses conseils et la confiance qu’il m’a accordé durant ces années. Je voudrais
également adresser mes sincères remerciements à Arnaud Delamézière, qui a co-encadré
cette thèse, pour sa grande et constante disponibilité, son soutien et ses qualités humaines.
Je remercie chaleureusement Hakim Naceur, mon co-encadreur de thèse, pour sa
contribution aux travaux de recherche, son accessibilité, la qualité de ses conseils et l’intérêt
qu’il a apporté à mon travail.
Cette thèse a été réalisée en collaboration avec David Sibaud, Ingénieur R&D et Chef du
projet au sein de l’entreprise Gottschol-Alcuilux. J’aimerais lui témoigner ma sympathie et
mon respect pour son aide, sa disponibilité et ses qualités humaines.
Je tiens à remercier profondément Salim Belouettar, Docteur et Chercheur au centre de
recherche Henry Tudor du Luxembourg pour sa confiance, son soutien et sa bonne humeur
pendant toutes ces années. Par la même occasion, un grand merci aux autres collaborateurs
du projet, Gaston Rauchs, Wael Zaki et Serge Gille pour les échanges techniques.
Je ne saurai oublier la disponibilité et l’aide du chef de service CAO de l’entreprise
Gottschol-Alcuilux, Samuel Grommerch, qu’il en soit remercié.
Mes remerciements vont bien naturellement aux membres du jury, messieurs Christian
Cunat, Philippe Dal Santo et Jean-Marc Roelandt pour avoir examiné ce manuscrit.
Je remercie également Monsieur Alfred Quetsh, directeur technique du service de
fabrication des pièces de précision en tôlerie fine, pour l’intérêt qu’il a apporté à notre travail.
Avec beaucoup d’égard je ne manquerai pas de remercier tout ceux que j’ai pu côtoyer
depuis mon arrivée au GIP-InSIC en mars 2004, je pense à Lanouar Ben Ayed, Rizad
Debboub, edith Durand, Tangi Curet, Arnaud Crolet, Nadhir Lebaal, Frédéric Mercier,
Mourad Oudjene, Jérôme Thabourey, Cyril Pelaingre et plus particulièrement Tchadja
Kagnaya, mon compagnon de bureau avec qui j’ai passé d’agréables moments.
Enfin, je tiens à remercier tout spécialement ma mère, mon père, mon frère, mes sœurs et
Sayda qui m’ont toujours encouragés.
XXXXXXXXXXXX
tel-00345712, version 1 - 9 Dec 2008

tel-00345712, version 1 - 9 Dec 2008