Laboratoire de formage et de résistance aux chocs mécaniques de Waterloo

Université de Waterloo, Waterloo, Ontario
Que fait l'installation

Fabrication de matériaux et de structures de poids léger et essais de performance

Domaines d'expertise

Le laboratoire est une installation de classe mondiale qui se consacre à la caractérisation et à la simulation par ordinateur en vue de fabriquer (par façonnage de la tôle) des structures légères pour le secteur des transports et d’en analyser le rendement (résistance aux chocs). Il s’agit d’un des rares laboratoires universitaires au monde qui se penchent à la fois sur la fabrication et le rendement. Dans le cadre d’un programme de recherche de plusieurs millions de dollars, les chercheurs du laboratoire travaillent en étroite collaboration avec les fabricants d’équipement d’origine pour automobile, les fabricants de pièces de rechange de premier rang et les fournisseurs de matériaux. Ils mènent des recherches à long terme au niveau de la maîtrise ainsi que des recherches et des essais exclusifs à court terme.

Services de recherche

Caractérisation constitutive des matériaux légers (essai de traction et de compression à la température ambiante et à des températures élevées), Caractérisation des matériaux à une vitesse de déformation élevée (allant jusqu’à 1 000/s), Caractérisation de la formabilité de la tôle à des températures chaudes et élevées, Estampage à chaud (durcissement par écrouissage) d’aciers à très haute résistance, Formage et fusion électromagnétiques de métaux légers, Essais de résistance aux chocs à grande échelle pour les composantes/ les sous ensembles et les structures, Simulation numérique et élaboration de modèle matériel pour toutes les activités susmentionnées (en mettant l’accent sur l’utilisation du programme LS-DYNA)

Secteurs d'application
  • Aérospatial et satellites
  • Automobile
  • Technologies propres
  • Défense et industrie de la sécurité
  • Fabrication et transformation
  • Mines, minerais et métaux
  • Transport

Laboratoire spécialisé

Équipement

Fonction

Infrastructure de formage des métaux

 

Grande presse de formage de 900 tonnes

Munie d’une table de 1 200 mm x 1 800 mm, cet appareil à un triple effet grâce à un grand four pour chauffage du flan et système automatisé de transfert des flans. Le principal poinçon a une vitesse d’approche rapide pour l’estampage à chaud et la presse est munie de 24 zones de commande pour le chauffage de matrice.

 

 

Moyenne presse d’estampage à chaud de 125 tonnes

Munie d’un poinçon rapide d’une vitesse de façonnage pouvant aller jusqu’à 125 mm/s pour l’estampage à chaud (durcissement par écrouissage). Le four a une aire interne de 600 mm x 900 mm et un système de commande de 3 zones pour assurer une distribution uniforme de la température, ce qui permet de chauffer les flans jusqu’à 950 °C en moins de 3 minutes.

 

Moyenne presse de formage à chaud de 75 tonnes

Presse servo-hydraulique à triple effet pour la caractérisation de la formabilité, notamment la caractérisation des limites de formage à chaud, avec mesure de la déformation par stéréo-corrélation d’images numériques in situ, formage non isotherme, emboutissage profond et bordage-étirage.

 

Appareil de formage et de fusion électromagnétiques

Générateur d’impulsions capable d’emmagasiner jusqu’à 20 kJ d’énergie, avec une charge maximale de 9 000 V. Une presse hydraulique est utilisée pour monter la bobine et les matrices expérimentales.

 

 

Appareil de caractérisation du coefficient de friction

Essai de compression par torsion pour déterminer le coefficient de friction entre l’échantillon d’intérêt et les outils utilisés.

 

Caractérisation constitutive des matériaux

Essai de traction uniaxiale avec correlation d’images numériques in situ et/ou extensomètres biaxiaux pour déterminer la valeur R. Capacité de résistance à une température élevée allant jusqu’à 300 ºC à l’aide de l’enceinte à atmosphère contrôlée.

 

Infrastructure d’essais de résistance aux chocs

 

Installations pour essais au choc à grande échelle

Installation de catapulte de 170 kJ pour essayer les éléments structuraux, comme des tubes de compression, des butoirs, des poutrelles anti-choc latéral et autres sous-ensembles d’une capacité de charge utile de 1 400 kg. Vitesse terminale de 50 km/h pour une charge utile de 1 000 kg et de 90 km/h pour une charge utile de 100 kg. Barrage des chocs de 800 kN. Caméras à grande vitesse (Photron) pouvant aller jusqu’à 300 000 images par seconde. Capacité de décélération de 100 g.

 

Fusil lance-gaz de 14,5 mm

Pour essai balistique de résistance aux chocs des structures de protection. Vitesse terminale typique de 500 m/s pour les projectiles cylindriques de 14 mm avec caméra vidéo à grande vitesse pouvant aller jusqu’à 300 000 images par seconde.

 

Infrastructure de caractérisation des matériaux à une vitesse de déformation rapide

 

Barres de pression d’Hopkinson en traction

Essai de traction des matériaux, allant du titane (aérospatiale) à l’aluminium (automobile). Régime de vitesse de déformation : de 500 à 1 500 s-¹, plage de température : jusqu’à 300 ºC, caméra vidéo à grande vitesse de 300 000 images par seconde.

 

 

Barres de pression d’Hopkinson en  compression

Essai de compression (et poinçonnement par cisaillement) à des vitesses de déformation de 500 à 3 000 s-¹, des plages de température jusqu’à 300 ºC, caméra vidéo à grande vitesse de 300 000 images par seconde.

 

Appareil hydraulique à vitesse de déformation intermédiaire

Essai de traction uniaxiale à des vitesses de déformation allant de 1,0 à 100 s-¹. Des essais de cisaillement de la tôle (continus ou interrompus) peuvent également être menés à l’aide de cet appareil.

 

 

Appareil d’essai de chute instrumenté (tour de refroidissement)

Appareil d’essai de résistance aux chocs.

 

 

  • Alcan International Ltd.
  • ArcelorMittal-Dofasco
  • Cosma International (Magna)
  • Dana Holding Corporation Canada
  • D.A. Stuart Inc.
  • Eagle Precision Technologies
  • Ford Motor Company
  • General Motors Company
  • Honda R&D Americas Inc.
  • Materials and Manufacturing Ontario (MMO)
  • Nova Steel Inc.
  • Novelis
  • Pratt & Whitney Canada
  • Research In Motion (RIM)
  • Toyota Technical Center
  • U.S. Steel Canada (Stelco)