Finite Element Modelling of Shot Peening and Peen Forming Processes and Characterisation of Peened AA2024-T351 Aluminium Alloy

» : Le grenaillage est un traitement de surface couramment utilisé pour améliorer la durée de vie en fatigue de différentes pièces métalliques. Un grand nombre de petites particules dures sont projetées sur la surface du composant à haute vitesse. Chaque particule déforme plastiquement le matériau et les impacts répétés produisent un état de contraintes résiduelles compressives bénéfique à la surface. Le grenaillage modifie de plus les propriétés mécaniques locales de même que la microstructure du matériau. Le procédé augmente toutefois la rugosité et peut occasionner des dommages en surface. Son influence sur la vie en fatigue et la limite de fatigue dépend donc d'une combinaison de plusieurs effets. La mise en forme par grenaillage (MEFG) est une méthode de fabrication dérivée du grenaillage. Le champ de contraintes compressives généré par le grenaillage modifie l'équilibre mécanique de la pièce et est utilisée pour courber des composants minces. Ce procédé est utilisé depuis les années 1950 dans l'industrie aérospatiale pour mettre en forme de grands panneaux requérant des courbures légères, comme des panneaux de voilure et de fusées. La MEFG est une alternative économique aux techniques de mise en forme conventionnelles puisqu'elle ne nécessite pas un ensemble de matrices pour chaque forme à réaliser. De plus, différents contours peuvent être réalisés en modifiant simplement les traitements de grenaillage appliqués à différentes régions de la pièce. Cependant, cette flexibilité n'est peut-être pas employée à son plein potentiel puisque les applications actuelles sont généralement basées sur le savoir-faire empirique et une approche par essai-erreur. Cette thèse visait le développement et la validation d'outils de simulation par éléments finis (ÉF) pour le grenaillage et la mise en forme par grenaillage. L'objectif était d'arriver à des prédictions quantitatives pour ces deux procédés et de démontrer le potentiel de la modélisation ÉF tant pour des études fondamentales que pour des applications industrielles. Premièrement, un modèle amélioré d'impacts dynamiques prenant en considération la nature aléatoire du grenaillage a été proposé en étudiant avec soin ses dimensions, en introduisant la dispersion des tailles des particules et en réduisant significativement le temps de calcul. De plus, des essais mécaniques cycliques ont été réalisés afin de définir une loi de comportement appropriée pour l'alliage d'aluminium (AA) 2024-T3/T351 soumis au procédé de grenaillage. En combinant un modèle réaliste et une loi de comportement adaptée, de bonnes prédictions ont été obtenues en termes de contraintes résiduelles pour trois ensembles de paramètres de grenaillage.