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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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4. Conclusion et perspectives
La simulation des procédés de soudage intéresse de nombreuses entreprises de différents secteurs, avec des attentes diverses qui peuvent être orientées vers des problèmes de tenue, de distorsions, voire les deux.
Au-delà du choix du logiciel, la simulation du soudage nécessite la mise au point d'une méthodologie adaptée aux attentes. Ainsi, PSA se concentre depuis maintenant plusieurs années sur la mise en place de cette méthodologie et plus généralement sur la démarche de mise au point, d'évolution et de validation de sa méthodologie de simulation du soudage.
Grâce à cette approche méthodologique, nous sommes aujourd'hui en mesure de réaliser des calculs sur des cas industriels pour répondre aux problématiques à la fois de mise au point du procédé et de tenue mécanique de l'assemblage. Certes, compte tenu des nombreuses simplifications de la modélisation, les résultats restent plus qualitatifs que quantitatifs, même si globalement la précision s'améliore au gré des évolutions de la méthodologie. Toutefois, en l'état actuel, la qualité des résultats est suffisante pour justifier le recours systématique à la simulation pour aider à faire des choix sur la définition de la gamme de soudage, en comparant numériquement différentes solutions d'un point de vue distorsions, ou bien pour anticiper ou comprendre et corriger des problèmes de tenue liés au procédé.
Pour autant, les axes de progrès sont encore nombreux : meilleure modélisation de la zone fondue, utilisation de propriétés matériau propres au cordon, prise en compte des contraintes et déformations issues des procédés de mise en forme… Avec toujours comme contrainte que ces évolutions doivent pouvoir s'appliquer sur un cas industriel.
Parmi les sujets étudiés actuellement chez PSA, nous pouvons citer par exemple la prise en compte des géométries exactes et des jeux entre les pièces soudées (figure 26), dont les causes et les effets sont complexes et donc difficiles à modéliser. Nous nous intéressons aussi à l'influence des contraintes résiduelles issues de l'emboutissage sur les déformations et contraintes résiduelles après soudage.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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