Vers la mise en forme des métaux sous choc laser
Résumé
The irradiation of materials by a pulsed power laser induces intense and short duration stresses. Such high strain rates regimes result in materials residual deformations that are inaccessible in quasi-static regimes. This technique, without contact, is of undeniable interest in materials forming. Based on a simulation-experiment comparison of a free surface velocity measurement reflecting the laser shock forming of a 250 μm thick aluminum sheet, a step-by-step optimization protocol for the shaping by laser shock is proposed. A numerical model representing this test is set up under the Finite Elements software RADIOSS®. The main elements governing the simulation-experiment dialog of the process stands in the dynamic behavior law of the material and in the description of the mechanical loading corresponding to the applied laser irradiation. As commonly used in the field of laser shocks, the material follows an elastoplastic constitutive law of Johnson Cook type, the parameters of which mainly influence the first back and forth waves. The pressure profile representing the laser loading influences not only the back-and-forth waves but also the response of the material over long times. On the basis of an established base of a simulation-experiment dialogue limited to times of less than a microsecond, shaping requires optimizing this dialogue on much larger time scales of around ten μs. An optimization protocol (law of behavior and loading) is thus proposed and implemented via the HYPERSTUDY® tool of the HYPERWORKS® suite. It consists of two steps: 1) 1D simulation on the very first round trips in order to adjust the material parameters, as well as the time and pressure coefficients for the laser loading; 2) 2D simulation to determine the pressure profile over long periods. This protocol allows a faithful restitution of the axial velocity measurement reflecting the deformation of the sample under laser shock on the case studied.
L’irradiation de matériaux par un laser de puissance impulsionnel induit des sollicitations intenses et brèves. Sollicités dans des régimes à grande vitesse de déformation, il en résulte des déformations résiduelles inaccessibles dans des régimes quasi statiques. Cette technique, sans contact, présente un intérêt indéniable dans la mise en forme des matériaux. Sur la base d’une confrontation simulation-expérience d’une mesure de vitesse de surface libre reflétant la mise en forme par choc laser d’une feuille d’aluminium de 250μm d’épaisseur, un protocole d’optimisation par étapes du procédé de mise en forme par choc laser est proposé. Un modèle numérique représentant cet essai est mis en place sous le logiciel Éléments Finis de dynamique rapide RADIOSS®. Les éléments principaux gouvernant le dialogue simulation-expérience du procédé résident dans la loi de comportement dynamique du matériau et dans la description du chargement mécanique correspondant à l’irradiation laser appliquée. Comme couramment répandu dans le domaine des chocs laser, le matériau suit une loi de comportement élastoplastique de type Johnson Cook dont les paramètres influent principalement les premiers aller-retours. Le profil de pression représentant le chargement laser influence non seulement les premiers aller-retours mais aussi la réponse du matériau sur des temps longs. Sur la base d’un socle établi d’un dialogue simulation-expérience limité à des temps inférieurs à la microseconde, la mise en forme requiert d’optimiser ce dialogue sur des échelles de temps beaucoup plus grandes d’environ une dizaine de μs. Un protocole d’optimisation des paramètres (loi de comportement et chargement) est ainsi proposé et mis en place via l’outil HYPERSTUDY® de la suite HYPERWORKS®. Il consiste en deux étapes : 1) simulation 1D sur les tous premiers aller-retours afin d’ajuster les paramètres matériau, ainsi que les coefficients de temps et de pression pour le chargement laser; 2) simulation 2D pour déterminer le profil de pression sur les temps longs. Ce protocole permet une restitution fidèle de la mesure de vitesse axiale reflétant la déformation de l’échantillon sous choc laser sur le cas étudié.
Domaines
Matériaux| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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