Modélisation numérique et étude expérimentale de l’usinage des assemblages hybrides composite/métal

Overview & Synopsis

Les assemblages hybrides composite/métal constituent aujourd'hui une solution efficace pour différents domaines industriels de pointe en raison de leurs performances exceptionnelles, notamment, leur résistance à la fatigue et à la corrosion et leur excellent rapport masse/rigidité. Cependant, leur mise en forme par enlèvement de matière reste complexe et mal maitrisée à cause de leurs propriétés hétérogènes et les interactions inter-matériau qu'ils impliquent. La mauvaise usinabilité des pièces hybrides engendre souvent des problèmes de qualité de surface, d'usure d'outils et de défauts dans les pièces, affectant ainsi les performances mécaniques de ces structures et leur mise en service. Dans cette thèse, un modèle numérique a été élaboré pour simuler fidèlement le procédé d'usinage de l'assemblage hybride CFRP/Ti en configurations 2D (coupe orthogonale) et 3D (perçage). Le modèle proposé intègre le comportement mécanique hétérogène des différentes phases constituant la structure hybride : la phase composite (CFRP), la phase métallique (Ti6Al4V), et l'interface (CFRP-Ti). En plus de la spécificité de chacune de ces phases, plusieurs couplages et critères d'endommagement ont été considérés comme le couplage thermomécanique dans la phase métallique, le couplage plasticité-endommagement dans la phase composite, et critère endommagement-rupture-séparation au niveau de l'interface. Parallèlement, une étude expérimentale approfondie de l'usinage en configuration de coupe orthogonale et en perçage des structures hybrides a été menée. Les essais ont permis d'étudier finement les mécanicismes physiques mis en en jeu et les fortes interactions entre la phase composite, la phase métallique, et l'interface inter-matériau. Le processus de formation de copeaux, l'endommagement induit ainsi que le délaminage de l'interface ont été particulièrement évalués en vue de leur analyse en fonction des conditions de coupe et des caractéristiques intrinsèques des constituants. Les essais expérimentaux ont également servi à la validation des modèles 2D et 3D de la coupe orthogonale, et celui de l'opération de perçage. Les différents résultats obtenus dans cette thèse ont permis d'optimiser l'opération de perçage en réduisant les efforts de coupe, l'endommagement induit par l'outil de coupe et le délaminage de l'interface inter-matériau.