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RÉSUMÉ
Les trains arrières des véhicules des gammes citadines et compactes recourent de plus en plus à l'emploi de traverses dites déformables, intégrant de nombreuses fonctions liées au comportement du véhicule. Les composants de ces traverses sont obtenus par assemblage de nombreuses pièces soudées entre elles par le procédé MAG (Metal Active Gas). Compte tenu de l'importance du procédé de soudage vis-à-vis du cahier des charges du composant et des difficultés de mise au point de celui-ci, l'utilisation de la simulation numérique comme outil d'analyse et d'aide à la décision s'impose progressivement. L'application de la simulation numérique du soudage chez PSA Peugeot Citroën, dans le cas de la Citroën C3 de deuxième génération, est présentée dans cet article. Un effort important a été consacré au développement d'une méthodologie adaptée aux objectifs et simple dans sa mise en œuvre, permettant aujourd'hui à la simulation numérique d'apporter une réelle valeur ajoutée aux projets concernés par les procédés de soudage.
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Philippe BRISTIEL : Docteur ENSAM - Pilote Simulation des procédés de soudage et traitements thermiques chez PSA Peugeot-Citroën
INTRODUCTION
La traverse arrière est un composant essentiel du châssis d'une automobile, intégrant de nombreuses fonctions liées au comportement du véhicule. Sur la Citroën C3 de deuxième génération, cette traverse, de type déformable, est constituée de nombreuses pièces en tôles embouties et assemblées par soudage à l'arc. L'impact du procédé de soudage sur la géométrie et la tenue finale de la pièce complique lourdement la phase de mise au point du procédé et peut nécessiter plusieurs itérations avec le travail de conception. Les objectifs du groupe PSA Peugeot Citroën, en termes de réduction des délais et des coûts et d'augmentation de la qualité, plaident donc en faveur d'une approche numérique du procédé de soudage. Même si les logiciels ne permettent pas encore de modéliser toute la physique du procédé, la précision atteinte avec les approches simplifiées appliquées aujourd'hui s'avère déjà tout à fait satisfaisante, et la simulation numérique du soudage apparaît donc plus que jamais comme un outil précieux pour concilier et atteindre ces différents objectifs.
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3. Application à la traverse C3
Les résultats présentés ici ont été obtenus avec la méthodologie, les outils et les données d'entrée décrits précédemment. La durée des calculs, réalisés sur un serveur avec quatre processeurs, est de l'ordre de 30 h pour la thermique et 17 h pour la mécanique. La différence de temps entre la thermique et la mécanique s'explique par le fait que le calcul thermique est réalisé en premier avec des pas de temps fin (de l'ordre de 0,1 s) alors que le calcul mécanique utilise un découpage optimisé en temps basé sur l'analyse des résultats thermiques.
3.1 Résultats thermo-métallurgiques
Les résultats thermiques sont sauvegardés sous forme de cartes (1 545 au total) qui sont ensuite lues au cours du calcul mécanique. La durée totale d'analyse est de 3 440 s, dont 1 800 s pour le refroidissement final.
La figure 19 présente deux cartes thermiques, correspondant à deux instants d'analyse pour un même cordon, telles qu'elles sont lues au moment du calcul mécanique. Nous pouvons distinguer sur ces cartes les éléments inactifs du cordon, pour lesquels la température est encore supérieure à la température de fusion (T > T f ).
Quelques résultats métallurgiques sont représentés sur la figure 20, sous forme de cartes de pourcentages de martensite en fin d'assemblage.
HAUT DE PAGE3.2 Résultats mécaniques
Les figures 21, 22 et 23 présentent quelques résultats en termes de contraintes résiduelles, déformations plastiques et distorsions.
Les niveaux de contraintes résiduelles obtenus sont de l'ordre de 300 MPa en traction à proximité des cordons, avec un maximum supérieur à 400 MPa sur certaines zones plus critiques. Ces niveaux sont cohérents avec les mesures effectuées.
En matière de distorsion, l'analyse des résultats est conforme aux observations faites sur le terrain. On retrouve notamment la prise de contre-carrossage au niveau de la plaque appui fusée sur laquelle vient se fixer le montage...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TOUPET (S.) - Démarche de conception d'un train semi-déformable en avant-projet afin d'optimiser le compromis guidage-filtrage. - Revue Ingénieurs de l'automobile, no 763, p. 51-55, sept. 2003.
-
(2) - DUAN (Y.), BOITOUT (F.), LEBLOND (J.), BERGHEAU (J.-M.) - Simulation numérique du soudage de grandes structures par une approche locale/globale. - Revue Mécanique et Industries, no 9, p. 97-102 (2008).
-
(3) - DARCOURT (C.), ROELANDT (J.-M.), RACHIK (M.), DELOISON (D.), JOURNET (B.) - Simulation du soudage laser de structures aéronautiques. - Colloque National en calcul des structures, mai 2005 http://www.utc.fr/lrm/giens05/.
-
(4) - DENIS (S.), ARCHAMBAULT (P.), AUBRY (C.), MEY (A.), LOUIN (J.C.), SIMON (A.) - Modelling of phase transformation kinetics in steels and coupling with heat treatment residual stress predictions. - J. Phys. France, 9, p. 323-332 (1999).
-
(5) - GOLDAK (J.), CHAKRAVARTI (A.), BIBBY (M.) - A new finite element model for welding heat source. - Revue Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 15, no 2, p. 97-102, juin...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
JMatPro : logiciel de calcul de propriétés (thermiques, métallurgiques, mécaniques…) des aciers, fontes, alliages d'aluminium, titane… Site Internet de l'éditeur, Sente Software http://www.sentesoftware.co.uk/jmatpro.aspx
DANTE : librairie de routines couplées à ABAQUS pour la prise en compte des phénomènes métallurgiques http://www.deformationcontrol.com/dante_slide.htm
HAUT DE PAGE
http://hts.asminternational.org : site de l'ASM International/Heat Treating Society, avec livres, articles et informations diverses sur les traitements thermiques, les aciers et le soudage.
http://pastel.paristech.org/ : bibliothèque virtuelle des thèses soutenues dans les grandes écoles de Paris. Plusieurs thèses sur la simulation du soudage sont disponibles en téléchargement.
http://www.matweb.com : base de données en ligne sur les propriétés des matériaux.
http://mits.nims.go.jp/db_top_eng.htm : base de données en ligne sur les propriétés des matériaux, dont diagrammes TRC pour aciers soudage.
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