Добірка наукової літератури з теми "Automobiles – Soudage"

La réduction des émissions CO2 et l'amélioration de la performance restent toujours les grands objectifs de l'industrie automobile. Pour atteindre ces objectif, les équipementiers automobiles cherchent toujours à alléger les structures à travers l'emploie des matériaux hétérogènes qui a évolué au cours des dernières décennies où nous trouvons aujourd'hui à la fois des aciers doux, des aciers à très hautes résistances, des alliages légers tels que les alliages d'aluminium et de magnésium ainsi que des composites à fibre de verre ou de carbone. Cette tendance pose aujourd'hui plusieurs défis concernant à la fois l'assemblage bimétallique et l'assemblage hybride métal/composite. Les difficultés de réaliser ce type d’assemblage est lié surtout à la différence des propriétés mécaniques, thermiques et chimiques des divers matéiaux. Ces différences limitent l’utilisation des techniques d’assemblage traditionnelles, c’est-à-dire l’assemblage mécanique, le soudage par fusion et le collage, et nécessitent ainsi le développement de nouvelles solutions d’assemblage. Dans ce contexte, cette étude vise à répondre aux défis des soudages hétérogènes ainsi qu' à développer deux nouvelles solutions originales d'assemblage hybride métal/composite en utilisant le procédé de soudage par impulsion magnétique
Reducing CO2 emissions and improving performance are still the main goals of the automotive industry. To achieve these objectives, automotive suppliers are still seeking to lighten the structures through the use of heterogeneous materials that have evolved in recent decades. We find today in one vehicle mild steels, very high strength steels, light alloys such as aluminum and magnesium alloys as well as fiber reinforces polymeric composites. The presence of dissimilar materials arises several challenges regarding both the heteregeneous metal assemblies and hybrid metal / composites assemblies. The differences in the mechanical, thermal and chemical properties of the various materials limit the use of traditional assembly techniques, i.e. mechanical assembly, fusion welding and adhesive bonding, and thus the development of new assembly solutions is required. In this context, this study aims to meet the challenges of heterogeneous metal welding and aims to develop two new original hybrid metal / composite assembly solutions using the magnetic pulse welding process

Ce travail s'inscrit dans un cadre d'amélioration du confort vibroacoustique intérieur du véhicule automobile. La finalité consiste à réduire le bruit 0-200 Hz provenant majoritairement du transfert solidien des vibrations du moteur et des trains vers les panneaux de l'habitacle. L'idée directrice est d'augmenter la capacité dissipative intrinsèque des caisses. Pour cela, il est essentiel de connaître les phénomènes de dissipation mis en jeu et de disposer de modèles d'amortissement prédictifs en conception. Pour proposer des solutions favorisant la dissipation, l'utilisation des modèles d'amortissement actuels est difficile. Ils ne sont pas prédictifs et globalisent la dissipation sur tous les modes. Une représentation plus précise de la dissipation liée aux liaisons, source majoritaire d'amortissement dans les structures assemblées, a donc été proposée. Des essais sur de telles structures ont montré l'apport important du soudage par point sur la dissipation. Des modèles EF non-linéaires avec contact/frottement ont été construits. En particulier, un modèle de point de soudure tenant compte d'une géométrie réaliste de l'assemblage et des pressions résiduelles de contact en son voisinage immédiat a été proposé. Une stratégie, basée sur une approche calculs/essais en analyse transitoire, a été développée pour sa validation. Finalement, l'exploitation du modèle a permis de suggérer une modification du procédé de soudage actuel pour des liaisons plus dissipatives. L'intégration du modèle, exigeant une lourde mise en oeuvre et des temps de calcul importants, en conception n'est pas pertinente. Une simplification par amortissement visqueux équivalent est présentée et validée.

Dans l'industrie automobile, la simulation numérique est essentielle pour tester les structures et les composants des véhicules avant leur fabrication, ce qui permet de gagner du temps et des ressources. La précision des modèles numériques est cruciale dès les premières étapes de conception. Compte tenu du nombre de soudures par points dans une carrosserie variant de 3000 à plus de 5000, la modélisation de ces soudures devient un élément primordial pour reproduire un comportement d’ensemble proche de la physique réelle.Compte tenu des améliorations techniques apportées à la simulation et à l'assemblage de tôles d'épaisseurs et de matériaux divers, le modèle actuellement utilisé chez Mercedes Benz pour l'évaluation de la résistance des soudures par points n'est plus adapté. L'objectif de cette recherche est donc de développer un modèle plus performant capable de simuler la résistance élastique et apte à détecter la rupture des assemblages soudés.Une étude a été menée pour explorer les différents modèles de soudure par points utilisés dans l'industrie. De nombreux modèles peuvent être classés en fonction de leurs représentations géométriques, notamment les modèles circulaires, carrés et linéaires.Parmi les modèles très précis, ceux basés sur une représentation circulaire se distinguent, mais leur complexité les rend difficiles à intégrer dans une caisse en blanc. Deux modèles en particulier ont retenu notre attention : l'utilisation d'éléments hexaédriques avec une carte de matériaux spécifique et des éléments de type barre avec une zone de recherche dédiée pour une intégration simple dans l'assemblage. Ces deux modèles présentent des avantages et des inconvénients, notamment en ce qui concerne leur indépendance par rapport au maillage et leur comportement mécanique.L'idée retenue ici est de fusionner les avantages de ces deux approches en utilisant un élément de type cohésif de forme hexaédrique structurée par 4 poutres 3D de formulation de Timoshenko définies dans la hauteur de la zone de soudure. Les développements ont été réalisés sur ABAQUS. Grâce à cette méthode, un modèle numérique de notre structure peut être construit à partir des quatre arêtes et qui intègre une fonction permettant de déterminer la rupture de la soudure par points.Pour calibrer ce nouvel élément, plusieurs cas tests ont été réalisés, notamment des tests KSII, de cisaillement et de pelage. Une campagne expérimentale a été réalisée avec différents matériaux et épaisseurs afin d'adapter l'élément à différentes configurations réelles rencontrées dans les véhicules. Des simulations avec différentes tailles de mailles ont été réalisées et ont démontré un phénomène de dépendance au maillage, comme dans les modèles précédemment utilisés. Pour cette raison, une solution a été développée pour inclure une zone d'éléments de type coque autour du nouvel élément développé, réduisant ainsi l'influence de la taille de maille.Le nouvel élément hybride a été testé sur différentes caisses en blanc afin de le valider sur des structures complexes. Les différentes simulations ont fourni une bonne représentation du comportement réel. Des différences très localisées sont parfois visibles pouvant s'expliquer par le fait que la carte des matériaux développée avec le modèle Hybride n'a pas été calibrée pour toutes les combinaisons testées.En résumé, cette recherche représente une avancée notable dans la modélisation des soudures par points, avec des résultats très prometteurs. La création d'un modèle hybride qui s'adapte à différentes sollicitations et différentes tailles de mailles est une réalisation innovante. Néanmoins, un perfectionnement et une exploration continus sont nécessaires pour améliorer encore la précision et la robustesse de la modélisation pour les applications automobiles
In the automotive industry, the demand for complex and innovative products by customers is growing, which presents development challenges. Simulation allows testing of vehicle structures and components before physical construction, saving time and resources. This innovation allows the automotive industry to advance rapidly and push its boundaries. Mercedes-Benz is a leader in designing durable vehicles. An important part of car design involves digitally modelling the connections between metal sheets in the body structure, which is mainly done through spot welds. The number of spot welds varies from 3000 to more than 5000. Precise spot welds modelling allows accurate sizing of the sheets and spot welds in the early stages, resulting in time and cost savings in a vehicle’s design phase.The latest technical innovations in the simulation and assembly of sheet metal consider various thicknesses and types of materials. Up to day, the company's current model does not include such improvements in the evaluation of spot weld strength. The objective of the present work is, therefore, to develop a better model. The goal is to simulate the robustness of spot welds assemblies, while ascertaining their capacity to endure stresses and calculating failure.A first study has been carried out to explore the various spot weld models used in industry. Numerous models can be classified according to their geometric representations, in particular circular, square and linear models. Each of those representations has its own advantages and disadvantages. The models based on a circular representation stand out when it comes to very precise models. However, their complex representation makes them difficult to integrate into a body-in-white. The two other representations particularly caught our attention: one using hexahedral elements with a specific material map and, respectively, one using bar-type elements with a dedicated search zone for simple integration into the assembly. These two representations present advantages and disadvantages, particularly in terms of independence from the mesh and mechanical behaviour.The idea of this work is to merge the advantages from both these representations A cohesive type element with a hexahedral shape based on the use of 3D Timoshenko beam type formulation defining the height of the weld zone. The developments were carried out on ABAQUS. This method allowed us to obtain an elastic model of our structure to be built up from the four edges, as well as a function for measuring the failure of the spot weld.To calibrate this new element, several test cases have been identified and simulated, including KSII, shear and peel tests. These series of tests aimed to verify the adaptation of the element to configurations of materials and thicknesses. Further simulations with varying mesh sizes set in evidence a phenomenon of mesh dependency, as in the models previously analysed. Therefore, a solution has been developed to include a zone of shell elements around our new element, which reduces the influence of the mesh.This latter process allowed us to calculate our hybrid element on different body-in-whites to validate our model on complex structures. The conducted simulations provided a good representation of reality. Differences are still noticeable in places, which can be explained by the fact that the material map developed with the hybrid model has not been calibrated for all possible combinations.This research represents a notable step forward in spot weld modelling, with promising results for a further application in [the company’s model?]. The creation of a hybrid model that can adapt to different mesh sizes and controls all degrees of freedom is a substantial achievement. Nonetheless, the precision and robustness of spot weld behaviour modelling may be further enhanced for considering an industrial application

L'objectif de ce travail de thèse, est de développer un matériau d'apport et un mode opératoire de soudage associé permettant d'assembler des tôles d'acier K44X pour la fabrication de collecteurs d'échappement automobiles. Les propriétés de l'acier K44X ayant été optimisées pour répondre au mieux aux contraintes de l'application, les conditions de soudage recherchées devront, dans la mesure du possible, éviter de dégrader les caractéristiques de l'acier, en particulier en termes de tenue mécanique à haute température et de résistance à l'oxydation et à la fatigue thermique. Ce mémoire est divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre est consacré à une présentation synthétique des évolutions dans le domaine de la fabrication des collecteurs d'échappement automobiles, et des connaissances actuelles dans les domaines des aciers inoxydables ferritiques et sa soudabilité, des procédés de soudage à l'arc. Le second chapitre présente les caractéristiques de l'acier K44X et la problématique de l'étude, puis décrit le travail d'élaboration des matériaux d'apport de différentes compositions. Ainsi que les résultats d'une caractérisation préliminaire des soudures obtenues avec les différents matériaux. Le chapitre 3 traite de la caractérisation de la tenue en service de l'assemblage retenu à l'issu du chapitre précédent. Les tests d'oxydation, de traction à chaud sur zone fondue des soudures ou sur assemblages complets, et de fatigue thermique, utilisés pour réaliser cette caractérisation sont décrits, et les résultats sont discutés. La fin de ce chapitre est consacrée à la caractérisation des précipités formés dans les zones fondues. Enfin, le dernier chapitre est consacré à la modélisation thermique du soudage et à la modélisation de la solidification, dans le but de tenter de prédire le type de microstructure de zone fondue formée lors d'une opération de soudage, en fonction des paramètres procédés. Cette modélisation, qui s'appuie sur les résultats d'un essai de soudage instrumenté, doit notamment permettre de prédire si les conditions de soudage, pour une composition d'acier donnée, permettent ou non de former une structure de grains équiaxe en zone fondue des soudures
The objective of this work is to develop a filler metal and an associated welding procedure allowing to join sheets of steels K44X for the manufacturing of exhaust manifolds for automotive. The properties of the steel K44X having been optimized to answer at best the constraints of the application, the welding conditions will have to, as possible, avoid degrading the characteristics of the steel, in particular in terms of mechanical strength with high temperature, oxidation resistance and in thermal fatigue.This report is divided into four chapters.The first chapter is dedicated to a synthetic presentation of the evolutions in the field of the manufacturing of the automotive exhaust manifolds, and current knowledge in the domains of ferritic stainless steels and its weldability, and in arc welding processes.The second chapter presents the characteristics of the steel K44X and the problem of the study, then described the work of elaboration of the filler metals with various compositions. As well as the results of a preliminary characterization of the welds obtained with the various materials.The chapter 3 is about the characterization of the in-service behavior of the assembly stemming from the previous chapter. The tests of oxidation, hot traction on molten zone of the welds or on complete assemblies, and of thermal fatigue, used to realize this characterization are described, and the associated results are discussed. The end of this chapter is dedicated to the characterization of precipitates formed in the molten zones.Finally, the last chapter is dedicated to the thermal modelling of the welding and to the modelling of the solidification, with the aim of trying to predict the type of microstructure of molten zone formed during a welding operation, according to the process parameters. This modelling, based on the results of a instrumented experimental test of welding, has to allow in particular to predict if the welding conditions, for a given composition of steel, allow or not to form a structure of grains equiaxed in molten zone of the welds

De nos jours, les politiques environnementales sont devenues plus strictes envers l’industrie automobile pour réduire les émissions de CO2, donc les structures légères utilisant des matériaux de haute résistance sont d’un grand intérêt. Deux modèles différents EF, à savoir "Solid Refine Model" (SRM) et "Shell Coarse Model " (SCM) ont été développés et sont utilisés comme modèles standard par Faurecia Automotive Seating (Caligny). Le SRM est capable de prédire avec précision le comportement de soudage local, mais malheureusement, en raison de son coût de calcul élevé, le SRM n’est pas adapté à une modélisation de si`ge de voiture complète. D’autre part, le SCM est efficace sur le plan numérique, mais il ne peut pas prédire le comportement de la ligne de soudure. L’objectif de la présente thèse est de développer un modèle EF multi-matèriel dans le logiciel commercial Ls-dyna, qui améliorera le SCM pour permettre une prédiction précise du comportement de la ligne de soudure jusqu’à l’échec avec un coût de calcul raisonnable. Le modèle FE quadrilatère standard est développé et enrichie à l’aide d’une méthode récemment développée appelée "Interpolation Covers Method" (ICM) pour capturer les gradients de la solution avec précision sans raffinement de maillage. Un modèle de matériau élasto-plastique est développé dans le logiciel commercial Ls-dyna qui prend en compte deux matériaux différents à savoir BM et HAZ dans un seul élément de coque. Le modèle généralisé d’endommagement dépendant de l’état de contrainte a été implémenté comme UMAT dans le logiciel commercial Ls-dyna pour prédire l’échec de la ligne de soudure dans SCM. Les différents développements ont permis au SCM de prédire avec précision le comportement complexe de la ligne soudée jusqu’à l’échec, à faible coût de calcul compatible avec les besoins industriels
Nowadays environmental policies have become more strict towards the automotive industry to reduce the CO2 emission, therefore lightweight structures using high strength materials have become of great interest. Two different FE models namely “Solid Refine Model” (SRM) and “Shell Coarse Model” (SCM) have been developed and are being used as standard models by Faurecia Automotive Seating (Caligny). The SRM is capable to predict accurately the local welding behavior but unfortunately, due to its high computational cost, the SRM is not suitable for a full car seat modeling. On the other hand, the SCM is computationally efficient but it cannot predict the weld line behaviour. The aim of the present thesis is to develop a multimaterial FE model within the Ls-dyna commercial software, which will enhance the SCM to allow the accurate prediction of weld line behavior until failure with a reasonable computational cost. The standard quadrilateral shell FE is developed and enriched using a recently developed method called the “Interpolation Covers Method” (ICM) to capture the solution gradients accurately without mesh refinement. An elasto-plastic material model is developed within Ls-dyna commercial software which takes into account two different materials namely BM and HAZ inside a single shell element. The Generalized Incremental Stress State dependent damage Model has been implemented as a UMAT within Ls-dyna commercial software to predict the weld line failure in SCM. The different developments have allowed the SCM to become able to predict the complex behavior of the welded line accurately until failure, at low computational cost compatible with the industrial needs

Dans le cadre du développement de nouveaux aciers plus performants pour les applications automobiles, il est nécessaire de disposer d'outils permettant de prévoir la tenue mécanique des points soudés par résistance. En effet, si les propriétés mécaniques élevées des nouveaux aciers à Très Haute Résistance (THR) permettent d'envisager une réduction de l'épaisseur des tôles, la tenue mécanique de l'assemblage final dépend de celle des liaisons soudées. Une première phase du travail de thèse a été consacrée à une exploitation statistique de données expérimentales de soudage par points disponibles chez ArcelorMittal, afin d'obtenir un aperçu global du comportement mécanique des points soudés en acier THR. Un modèle empirique de prévision de la tenue mécanique des points soudés a été proposé. Néanmoins, les limites d'une telle approche ont été identifiées et un programme expérimental a été établi afin d'affiner la compréhension des mécanismes mis en jeu dans la rupture des points soudés, en traction en croix et en traction cisaillement. Des essais de traction interrompus ont été réalisés et les aspects tridimensionnels de l'endommagement des points soudés ont pu être compris par une utilisation conjointe des techniques de microtomographie aux rayons X, de métallographie et de fractographie. Trois zones de rupture principales ont été identifiées, ainsi que les mécanismes principaux entrant en jeu dans les différents modes de rupture. De plus, une simulation expérimentale des cycles thermiques de soudage a été conduite afin d'évaluer l'impact du soudage sur les propriétés mécaniques locales du point soudé. Les données obtenues ont conduit à la mise en place d'une modélisation mécanique par éléments finis du comportement de l'assemblage soudé. Le modèle réalisé a permis d'estimer la tenue mécanique du point dans les modes de rupture principaux et de retrouver l'évolution du mode rupture en fonction des caractéristiques géométriques du point et du type de chargement
Predicting the strength of Advanced High Strength Steels resistance spot welds is a huge challenge in the automotive industry. Indeed, the crash properties of a car body structure depends on the performance of the welded joints. A first step in the PhD work consisted in a statistical analysis of experimental spot welding data available at ArcelorMittal in order to get insights into spot welds mechanical behaviour. An empirical model was proposed for the prediction of spot welds strength. An experimental protocol was developed to overcome the limits of such a model and obtain a better understanding of failure mechanisms. Interrupted Cross Tension and Tensile Shear tests were performed and spot welds failure was investigated with optical micrographs, SEM fractography and 3D-tomography in order to follow the three-dimensional crack paths due to the complex loading modes. A limited number of failure zones and damage mechanisms could be distinguished. Next, a Finite Elements model of spot welds behaviour was developed, requiring an appropriate description of Heat Affected Zones mechanical properties. This has been obtained by experimental simulations of the spot welding thermal cycles with a Gleeble machine followed by classical mechanical tests. Spot welds strength and failure type could be predicted as a function of the geometrical features the weld assembly and the loading mode

Le point de soudure électrique est un objet de petite taille (4 à 8 mm) mais il est répété un grand nombre de fois dans la structure automobile (5000 fois environ). De plus, celle-ci ayant des dimensions de l'ordre de plusieurs mètres, il est nécessaire de mailler relativement grossièrement (taille de maille de 5 mm environ) la maquette numérique afin de limiter le coût de calcul associé aux cas de chargement de dimensionnement. Par conséquent, un modèle numérique du point de soudure électrique peu couteux est également nécessaire. Le modèle doit en outre permettre d'accéder à des champs de contrainte locaux avec la meilleurs précision possible pour l'analyse en fatigue, pour laquelle le point de soudure électrique est l’un des principaux points faibles de la structure. Or, la simplicité géométrique apparente du point de soudure électrique a conduit à utiliser des modèles souvent très simples pour le représenter qui ne permettent pas de donner une bonne estimation de la durée de vie de certains points de soudure électrique situés trop près de détails géométrique ou structuraux (bord de tôle, bord courbé, trou, autre point de soudure électrique, cordon de colle, etc.) ou bien soumis à des sollicitations mal prises en compte comme la torsion. Finalement, le modèle de point de soudure électrique doit être économe mais précis tant sur sa raideur que sur son estimation de la contrainte locale, dans toutes les configurations de chargement.Ainsi, cette thèse a pour objectif de proposer un modèle de point de soudure électrique, qui représente avec précision la raideur réelle d'une part et les grandeurs locales de contrainte d'autre part. Ce modèle doit être développé à partir des outils de calcul du commerce et s'y intégrer facilement. Il est destiné principalement à des prestations d’analyse en fatigue mais il serait avantageux qu’il puisse s’utiliser également pour de l’analyse vibratoire.Nous proposons dans ces travaux une méthodologie générique de modélisation du point de soudure électrique, dans un environnement de structure automobile plaque, pour estimer avec précision et efficacité la durée de vie en fatigue. D’une part, un modèle de connecteur de type super-élément fondé sur une modélisation volumique fine sous-jacente est proposé : ce choix permet d’obtenir une raideur équivalente représentative de celle d’un modèle volumique avec un coût évidemment moindre. D’autre part, une méthode de reconstruction de la contrainte locale à partir des déplacements du connecteur est développée. Cette méthode utilise un algorithme POD au sens de la norme énergétique qui extrait l’information d’une base d’apprentissage et la hiérarchise en fonction de sa contribution mécanique. La base d’apprentissage est construite à partir d’une bibliothèque, judicieusement choisie, de chargements qui peuvent s’appliquer sur le point de soudure électrique. Elle peut être renouvelée en fonction des évolutions géométriques ou structurelles de l’environnement du point de soudure électrique. Nous montrons que notre méthode donne une estimation précise de la contrainte, agrémentée d’un fort sens mécanique dont il serait possible de tirer avantageusement profit lors du dimensionnement à la fatigue. Le développement de ces travaux a été réalisé dans les codes commerciaux Nastran®, Abaqus® et Matlab®
The electric spot weld is a small object (4 to 8 mm) but it is repeated a large number of times in the automotive structure (about 5000 times). Moreover, as the structure has dimensions of several meters, it is necessary to mesh the numerical model relatively coarsely (mesh size of about 5 mm) in order to limit the computational cost associated with the design loading cases. Therefore, a numerical model of the electric spot weld with a low-cost is required. The model must also allow access to local stress fields with the best possible accuracy for the fatigue analysis, for which the electric spot weld is one of the main weak points of the structure. However, the apparent geometrical simplicity of the electric spot weld has led to the use of very simple models to represent it, which do not give a good estimate of the lifetime of some electric spot welds located too close to geometrical or structural details (sheet metal edge, curved edge, hole, other electric spot weld, glue bead, etc.) or subjected to solicitations that are not well taken into account, such as torsion. Finally, the electric spot weld model must be at a low numerical cost but accurate both in its stiffness and in its local stress estimation, for all loading configurations.Thus, the objective of this thesis is to propose an electric spot weld model, which accurately represents the real stiffness on the one hand and the local stress quantities on the other hand. This model must be developed from commercial calculation tools and be easily integrated into them. It is mainly intended for fatigue analysis but it would be advantageous if it could also be used for vibration analysis.In this work, we propose a generic methodology for modeling the electric spot weld, in a shell automotive structure environment, to accurately and efficiently estimate the fatigue life. On the one hand, a super-element type connector model based on an underlying fine 3D modeling is proposed : this choice allows to obtain an equivalent stiffness representative of a 3D model with an obviously lower cost. On the other hand, a method for reconstructing the local stress from the connector displacements is developed. This method uses a POD algorithm in the sense of the energy norm that extracts information from a learning basis and sorts it according to its mechanical contribution. The learning basis is built from a carefully chosen library of loads that can be applied to the electric spot weld. It can be renewed according to the geometrical or structural evolutions of the electric spot weld environment. We show that our method gives an accurate estimate of the stress, with a strong mechanical sense that could be taken advantage of during fatigue design. The development of this work has been done in the commercial codes Nastran®, Abaqus® and Matlab®

La thèse porte sur deux aciers emboutissables à chaud, soudés en configuration homogène ou hétérogène en termes de composition chimique et d'épaisseur. Les solutions en flans raboutés laser présentent en effet de remarquables performances à l'impact et connaissent un fort développement dans le contexte actuel de l'industrie automobile (réduction des émissions de CO2 et amélioration de la sécurité passive des véhicules). L'opération de soudage laser peut générer une hétérogénéité de la jonction soudée, due au mélange imparfait des deux matériaux et des conditions thermiques de solidification et d'emboutissage à chaud. Les propriétés mécaniques du joint soudé sont donc déterminées par la qualité du mélange, la composition chimique locale et le cycle thermique.La première partie de l'étude est consacrée à la quantification de l'hétérogénéité du joint soudé et la compréhension de la microstructure. Une nouvelle méthodologie a été développée pour étudier le comportement métallurgique et mécanique de ces joints hétérogènes, en élaborant des coulées synthétiques représentant les différentes compositions chimiques attendues dans le joint réel. Le comportement du joint soudé est reconstruit à partir des données obtenues par la caractérisation de ces coulées synthétiques. La deuxième partie de l'étude porte sur la compréhension de la formation de la microstructure de la zone fondue avant et après traitement thermomécanique simulant l'emboutissage à chaud. Des modèles quantitatifs ont été établis pour calculer les températures de changement de phase, les proportions relatives des constituants microstructuraux ainsi que la dureté de ces alliages en fonction de la composition chimique et du cycle thermique. La dernière partie de l'étude porte sur le comportement mécanique après traitement thermique. Des lois de comportement des matériaux synthétiques ont été déterminées en fonction de leur composition chimique et du cycle thermique. La sensibilité à la rupture fragile par clivage a été évaluée par des essais de traction sur éprouvettes sévèrement entaillées. Les lois de comportement obtenues ont été appliquées pour déterminer la tolérance du joint soudé à un défaut géométrique, sous sollicitation de traction uniaxiale
This thesis is focused on the study of welded steel grades deformed by hot stamping. Typically, a laser welded blank is formed by butt joining two steel sheets, which can be identical or differ in chemical composition and/or sheet thickness. Such laser welded blank solution offers excellent crash performance, significant CO2 emission reduction and passive car safety thus it is of great interest for the automotive industry. The laser welding process may induce chemical and metallurgical heterogeneities arising from an incomplete mixture of the two base metals and from the thermal cycle conditions during welding and the subsequent heat treatment. The mechanical behaviour of the weld is therefore determined by the mixing quality, the chemical composition and the thermal cycle.The first part of the study aims at the quantification of the weld heterogeneity and the characterisation of the resulting microstructure. In this work, a new method is proposed to study the metallurgical and mechanical behaviour of those heterogeneous welds, by elaborating synthetic casted alloys representative of the different chemical compositions that can be locally found in the weld. The behaviour of the weld is then reconstructed from the results obtained from the characterisation of those synthetic casted alloys. The second part of the study concerns the understanding of the microstructure formation in the molten zone before and after a thermo-mechanical treatment which replicates the hot stamping conditions. Quantitative models have been established to calculate the phase transformation temperatures, the proportion of the principal constituents in the microstructure, and hardness of the weld as a function of chemical composition and thermal cycle parameters. The last part of the study is dedicated to the evaluation of the mechanical behaviour of the synthetic alloys after heat treatment. The constitutive material behaviour laws for each alloy have been identified. The sensitivity to brittle cleavage fracture has been assessed by tensile tests on severely notched bars. The constitutive material models are then applied to determine the sensitivity of the weld to geometrical defects under uniaxial loading

Les châssis automobiles sont composés en majorité de pièces mécano-Soudées soumises à deschargements multiaxiaux complexes. Par leur géométrie particulière et les transformations induites par leprocédé de fabrication, les joints soudés sont des sites privilégiés d’amorçage et de propagation de fissures enfatigue. Une méthode de calcul fiable et maniable représente un enjeu majeur pour l’industrie automobile, carelle permet de détecter les points critiques dès la phase d’avant projet, d’éviter le surdimensionnement et deréduire le nombre des prototypes physiques.Afin de découpler les incertitudes et permettre l’analyse isolée des effets induits par le chargementmultiaxial lui-Même et par les caractéristiques particulières du joint soudé, cette étude est divisée en deux parties.La première partie se concentre sur le chargement multiaxial complexe. Le comportement d’un « matériauécole », l’acier C35, est étudié sous spectre de chargement de type « automobile ». Différentes méthodes deprévision de la durée de vie sont ensuite comparées sous deux critères : la qualité de prédiction et la simplicitéd’utilisation. La deuxième partie est centrée sur l’étude du comportement des assemblages soudés et lasimulation de leur durée de vie. Pour ce faire, une éprouvette représentative des pièces de liaison au sol et duprocédé de fabrication a été conçue. L’étude micrographique de l’assemblage combinée à des essais instrumentésa permis de construire un modèle EF représentatif de la structure. Deux modes de sollicitation sont utilisés lorsdes essais de fatigue dans le but d’activer différents mécanismes de dommage en amplitude constante et enspectre « automobile ».Finalement, la méthodologie « Weld Stress Gradient » est proposée pour intégrer l’effet du gradient decontraintes en proximité des points critiques du joint soudé au calcul de fatigue. Cette méthodologie, associée aucritère de Vu (prise en compte du chargement complexe) et à la règle de cumul de dommage non linéaire« DCA » (prise en compte de l’interaction entre les blocs de chargement du spectre), permet d’obtenir desrésultats encourageants pour l’assemblage étudié
Automotive chassis are composed mostly of welded parts subjected to complex multiaxial loadings.Welds are potential sites to initiation and propagation of fatigue cracks because of their particular geometry andtransformations induced by manufacturing process. A reliable and tractable fatigue design methodology is achallenge for automotive industry designers because it allows detecting the critical points from the upstreamphase, avoiding oversizing and reducing the number of physical prototypes.This study is divided into two parts allowing the distinction of effects induced by multiaxial loadingsand particular characteristics of the welded joints. The first part focuses on the complex multiaxial loading. Thebehavior of a “well known material”, the 1045 steel, is studied under "automobile" spectrum loading. Differentfatigue life prediction methods are compared under two criteria: quality of prediction and simplicity of use. Thesecond part focuses on the study of behavior and fatigue life simulation of welded structures. To achieve thisgoal, a representative specimen of chassis parts and manufacturing process has been designed. A representativeFE model is constructed, based on micrographic observations and instrumented tests. Two loading modes areused in fatigue tests in order to activate different damage mechanisms at constant amplitude and under"automobile" spectrum.Finally, the methodology "Weld Stress Gradient" is proposed to incorporate in fatigue analysis theeffect of the stress gradient at the vicinity of weld joints critical points. This methodology, combined with Vucriterion (taking into account complex loadings) and "DCA" nonlinear cumulative damage rule (taking intoaccount interaction between spectrum loading blocks), provides encouraging results for the studied specimen

Une caisse automobile est un ensemble complexe formé de plusieurs éléments qui sont souvent constitués de matériaux différents et assemblés principalement par points soudés, généralement à plus de 80%. Au stade de la conception, plusieurs critères doivent être vérifiés numériquement et confirmés expérimentalement par le prototype de la caisse, dont sa tenue en endurance. Dans le contexte économique actuel, la politique de réduction des dépenses énergétiques ou autres a conduit les constructeurs automobiles à optimiser les performances des véhicules actuels, en particulier en réduisant de façon très conséquente la masse de leur caisse. Des problèmes liés à la tenue structurelle ou à la tenue en fatigue de la caisse sont alors apparus. Afin d'être validé, le prototype de caisse doit avoir une résistance suffisante pour supporter les essais de fatigue. Les tests de validation sur bancs d'essais réalisés en amont sur un prototype sont très coûteux pour l'industriel, en particulier lorsque les tests d'essais en fatigue sur la caisse ne permettent pas de confirmer les zones d'apparition des fissures identifiées par simulations numériques. Le sujet de la thèse se limitera à ce dernier point. Il porte sur l'ensemble des analyses à mettre en oeuvre afin d'étudier la tenue en endurance de caisses automobiles soumises à des profils de mission sévérisés. L'objectif principal est de mettre au point un processus d'analyse en simulation numérique permettant de garantir un bon niveau de prédictivité de tenue en endurance des caisses automobiles. On entend par bon niveau de prédictivité, le fait d'être en mesure de corréler correctement les résultats d'essais associés aux profils de missions sévérisés classiquement utilisés dans les plans de validation de la caisse. Cette thèse a conduit à :_ analyser le comportement mécanique de la caisse et les forces d'excitations appliquées au cours de l'essai de validation,_ établir une nouvelle méthode de réduction d'un chargement pour les calculs en endurance,_ mettre au point une nouvelle modélisation EF des liaisons soudées par points,_ améliorer les modèles de prédiction de durée de vie des PSR. Les études menées ont ainsi permis d'améliorer le niveau de prédiction des calculs en fatigue de la caisse afin :_ d'identifier la majorité des zones réellement critiques sur la caisse,_ d'évaluer de manière fiable de la criticité relative de chacune de ces zones,_ d'estimer de façon pertinente la durée de vie associée à chacune de ces zones
A body-in-white (biw) is a complex structure which consists of several elements that are made of different materials and assembled mainly by spot welds, generally above 80%. At the design stage, several criteria must be verified numerically and experimentally by the car prototype, as the biw durability. In the current economic context, the policy of reducing energy and other costs led automotive companies to optimize the vehicle performances, in particular by reducing very consistently the mass of the biw. As a consequences, some structural design problems appeared. In order to be validated, validation test benches are carried out upstream on a prototype vehicle. They are very costly to the manufacturer, especially when fatigue tests do not confirm the cracks areas identified by numerical simulations. The thesis is focused on numerical biw durability analysis. It covers all the numerical analysis to be implemented to study the biw durability behavior. The main objective is to develop a numerical simulation process to ensure a good level of durability prediction. It means to be able to have a good correlation level between test bench results and numerical fatigue life prediction. This thesis has led to:_ analyze the biw mechanical behavior and the excitation forces applied to the biw during the validation tests,_ establish a new fatigue data editing technique to simplify load signal,_ create a new finite element spot weld model,_ develop a new fatigue life prediction of spot welds. The studies have thus improved the level of biw fatigue life prediction by:_ identifying the majority of critical areas on the full biw,_ reliably assessing the relative criticality of each area,_ accurately estimating the lifetime associated with each of these areas