Development and optimization of a formable sandwich sheet

This thesis investigates the mechanical behavior of a new type of formable all-metal bi-directionally corrugated sandwich sheet material. Unlike conventional flat sandwich panel materials, this type of sandwich sheet material can be formed into three-dimensional shapes using traditional sheet metal forming techniques. In a first step, the core structure geometry is optimized such as to offer the highest shear stiffness-to-weight ratio. The post yielding behavior of the "optimal" sandwich structure is investigated using finite elements simulations of multi-axial experiments. A phenomenological constitutive model is proposed using an associative flow rule and distortional hardening. An inverse procedure is outlined to describe the sandwich material model parameter identification based on uniaxial tension and four-point bending experiments. In addition, simulations of a draw bending experiment are performed using a detailed finite element model as a well as a computationally-efficient composite shell element model. Good agreement of both simulations is observed for different forming tool geometries which is seen as a partial validation of the proposed constitutive model.Le comportement mécanique d'un nouveau type de tôle sandwich métallique apte à la mise en forme est étudié. La couche cœur est composée de deux tôles gaufrées, brasées entre elles. Contrairement aux panneaux sandwichs conventionnels, ce type de tôle sandwich peut être mis en forme par les techniques traditionnelles de travail des métaux. Dans un premier temps, la géométrie de la structure gaufrée est optimisée afin d'obtenir la couche cœur présentant un rapport raideur au cisaillement - densité relative maximal. L'étude se concentre ensuite sur le comportement plastique de la structure sandwich " optimale " à l'aide de simulations par éléments finis d'expériences multiaxiales. On propose un modèle phénoménologique faisant appel à une loi d'écoulement associée et à un modèle d'écrouissage isotrope avec distorsion. Les paramètres du modèle sont identifiés par une approche inverse à partir d'un essai de traction uniaxial et d'un essai de flexion 4 points. Finalement, des simulations de pliage en U sont réalisées, utilisant un modèle détaillé d'une part et un modèle coque d'autre part. Pour différents outils de mise en forme, un bon accord entre les simulations est observé, validant en partie le modèle phénoménologique proposé