Afin de déterminer le potentiel de légèreté des composants structurels dans la conception multimatériaux, les chercheurs ont effectué des tests de fatigue sur des éprouvettes de bol collées, rivetées et hybrides.

Potentiel de légèreté élevé – Résistance à la fatigue des structures multi-matériaux assemblées hybrides

Conception légère Potentiel de légèreté élevé – Résistance à la fatigue des structures multi-matériaux assemblées hybrides

Editeur: Nicole Kareta

Le constructeur automobile Opel Automobile GmbH, en collaboration avec le Fraunhofer LBF et le département System Reliability, Adaptive Structures, and Machine Acoustics de l’Université technique de Darmstadt, a développé des approches innovantes d’évaluation numérique de la résistance à la fatigue pour les joints multi-matériaux basés sur des tests de fatigue d’hybrides. échantillons joints de cisaillement et de pelage.

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Afin de déterminer le potentiel de légèreté des composants structurels dans la conception multimatériaux, les chercheurs ont effectué des tests de fatigue sur des éprouvettes de bol collées, rivetées et hybrides.

Des limites d’émissions réglementaires de plus en plus strictes poussent l’industrie automobile vers des solutions de conception légères innovantes. Dans ce contexte, la résistance à la fatigue des structures en tôle mince, notamment en multimatériau, devient de plus en plus importante. L’utilisation d’éprouvettes à bol en forme de composants fournit des informations pratiques sur les propriétés de fatigue des composants structurels, qui ne peuvent pas être déterminées de cette manière sur les éprouvettes standard habituelles avec un simple chevauchement. Les tests de fatigue servent de base à la validation des méthodes numériques d’estimation de la durée de vie en fatigue et fournissent des informations sur les mécanismes d’endommagement qui se produisent dans la vie réelle.

L'étude montre que les objectifs de développement, tels que la résistance pour une conception légère, une bonne coulabilité ou la réduction des coûts de production, ont été améliorés.

Les résultats des tests de Fraunhofer LBF offrent maintenant un premier aperçu du monde complexe de la résistance à la fatigue des composants structurels assemblés hybrides. « Le potentiel de ce processus d’assemblage, en particulier pour les futurs concepts de conception légère dans l’industrie automobile, est très prometteur. Cependant, afin de l’exploiter pleinement et d’utiliser son plein potentiel pour des applications industrielles, il est impératif d’optimiser davantage les processus de fabrication », souligne le Dr Jörg Baumgartner, responsable du projet de recherche au Fraunhofer LBF.

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Propriétés de fatigue étudiées aussi près que possible des conditions pratiques

Pour l’échantillon de bol, un bol embouti profond est connecté à une plaque de base plate fermement serrée dans la zone de la bride formée du bol. Le grand avantage est que les forces et les moments peuvent être introduits dans le bol dans n’importe quelle direction dans la configuration d’essai et ainsi un état de contrainte défini (combinaison de cisaillement et de contrainte de pelage) peut être appliqué. Ainsi, cette forme d’éprouvette permet d’étudier les propriétés de fatigue des composants structurels au plus près des conditions pratiques mais toujours à l’échelle du laboratoire.

Afin de déterminer le potentiel de légèreté des composants structurels dans la conception multi-matériaux, les chercheurs ont réalisé des tests de fatigue sur des spécimens de bol collés, rivetés et hybrides. Les éprouvettes de bol collées ont montré des capacités de charge de fatigue significativement plus élevées que celles rivetées. Des résultats similaires ont été observés pour les échantillons de cisaillement. Cependant, contrairement aux spécimens de cisaillement, les spécimens de bol assemblés hybrides présentaient des capacités de charge de fatigue inférieures par rapport aux spécimens de bol collés. «Nous soupçonnons que l’une des raisons possibles de ce comportement est que le processus de fabrication hybride n’a pas encore été optimisé, ce qui entraîne une mauvaise liaison des composants. Cela se voit également dans la comparaison entre les différents lots d’éprouvettes hybrides assemblées. », Explique Baumgartner.

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Une fixation supplémentaire des feuilles lors de la pose du rivet s’est avérée une approche utile. Cela réduisait la quantité d’espace entre les deux feuilles pendant le processus de collage et augmentait ainsi la qualité du collage et la résistance à la fatigue.

Le Dr Boris Künkler, Manager CAE Methods, Expertise and Support (CMES) Opel / Vauxhall, Opel Automobile GmbH, Rüsselsheim, Allemagne, souligne également les résultats prometteurs du projet Alliance: « L’un des objectifs du projet ALLIANCE était le développement de une méthode de simulation orientée application pour l’évaluation fiable de la fatigue des assemblages en tôle collés et rivetés par poinçonnage. Les résultats des essais sur éprouvettes de bol développés et menés au Fraunhofer LBF ont été extrêmement utiles pour valider la méthode dans des conditions de chargement combinées. « 

Sponsors et partenaires

Six grands constructeurs automobiles européens (Daimler, Volkswagen, Fiat-Chrysler Research Center, Volvo, Opel et Toyota) ont uni leurs forces pour former le consortium ALLIANCE (Affordable Lightweight Automobiles Alliance) avec quatre fournisseurs (Thyssenkrupp, Novelis, Batz, Benteler) et huit partenaires de connaissances (Swerea, Inspire, Fraunhofer LBF, RWTH-IKA, KIT-IPEK, Université de Florence, Bax & Company et Ricardo). L’initiative ALLIANCE est soutenue par EUCAR et EARPA. Il est soutenu par l’Union européenne Horizon 2020.

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