Contribution à la caractérisation des matériaux au comportement viscoélastique par méthode ultrasonore PDF Download
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Author: Nicolas Larcher Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 238
Book Description
Ce travail de thèse se place dans le cadre de la problématique de la caractérisation des matériaux thermo-viscoélastiques en laboratoire avec une application sur les matériaux bitumineux. Actuellement, la caractérisation mécanique de ces matériaux nécessite des essais coûteux autant en termes de temps, que de matériel et de matériau. L’objectif est de proposer une alternative à ces essais par le biais d’un essai de Contrôle Non Destructif (CND) basé sur la mesure des grandeurs caractéristiques de la propagation des ondes ultrasonores. Les matériaux de l’étude, un bitume et deux enrobés bitumineux ont été développés par l’entreprise EIFFAGE Travaux Publics. Les enrobés bitumineux font l’objet d’une étude visant l’optimisation de la structure granulaire des enrobés bitumineux dans le but d’augmenter leurs performances mécaniques. Une attention particulière est portée aux méthodes de détermination des grandeurs caractéristiques de la propagation d’ondes et à la prise en compte de leur dépendance fréquentielle. Les données expérimentales de référence, issues des essais standards de module complexe (G* et E*), sont représentées et interprétées sur la base de différentes représentations : courbes maitresses, plan de Cole – Cole et espace de Black. Ces représentations sont également extrapolées à l’aide d’un modèle rhéologique à spectre continu, le modèle 2S2P1D. La caractérisation de ces matériaux par la méthode ultrasonore repose sur deux aspects : d’une part la détermination de la vitesse de phase et du facteur d’atténuation des ondes de compression et de cisaillement ; d’autre part la détermination des grandeurs mécaniques (G*, E* et v*) par le biais des équations de propagation en 2D dans un milieu élastique ou viscoélastique isotrope. Les résultats obtenus montrent une bonne adéquation entre les données ultrasonores, les mesures mécaniques et les prédictions du modèle rhéologique. Les représentations complexes par séparation des parties réelles et imaginaire montrent l’apport essentiel de l’hypothèse viscoélastique dans l’exploitation des données ultrasonores et la nécessité de la prise en compte des différents mécanismes dissipatifs conduisant l’atténuation des ondes dans un matériau hétérogène viscoélastique.
Author: Nicolas Larcher Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 238
Book Description
Ce travail de thèse se place dans le cadre de la problématique de la caractérisation des matériaux thermo-viscoélastiques en laboratoire avec une application sur les matériaux bitumineux. Actuellement, la caractérisation mécanique de ces matériaux nécessite des essais coûteux autant en termes de temps, que de matériel et de matériau. L’objectif est de proposer une alternative à ces essais par le biais d’un essai de Contrôle Non Destructif (CND) basé sur la mesure des grandeurs caractéristiques de la propagation des ondes ultrasonores. Les matériaux de l’étude, un bitume et deux enrobés bitumineux ont été développés par l’entreprise EIFFAGE Travaux Publics. Les enrobés bitumineux font l’objet d’une étude visant l’optimisation de la structure granulaire des enrobés bitumineux dans le but d’augmenter leurs performances mécaniques. Une attention particulière est portée aux méthodes de détermination des grandeurs caractéristiques de la propagation d’ondes et à la prise en compte de leur dépendance fréquentielle. Les données expérimentales de référence, issues des essais standards de module complexe (G* et E*), sont représentées et interprétées sur la base de différentes représentations : courbes maitresses, plan de Cole – Cole et espace de Black. Ces représentations sont également extrapolées à l’aide d’un modèle rhéologique à spectre continu, le modèle 2S2P1D. La caractérisation de ces matériaux par la méthode ultrasonore repose sur deux aspects : d’une part la détermination de la vitesse de phase et du facteur d’atténuation des ondes de compression et de cisaillement ; d’autre part la détermination des grandeurs mécaniques (G*, E* et v*) par le biais des équations de propagation en 2D dans un milieu élastique ou viscoélastique isotrope. Les résultats obtenus montrent une bonne adéquation entre les données ultrasonores, les mesures mécaniques et les prédictions du modèle rhéologique. Les représentations complexes par séparation des parties réelles et imaginaire montrent l’apport essentiel de l’hypothèse viscoélastique dans l’exploitation des données ultrasonores et la nécessité de la prise en compte des différents mécanismes dissipatifs conduisant l’atténuation des ondes dans un matériau hétérogène viscoélastique.
Author: Abdelhak El Mouhtadi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 152
Book Description
Nous proposons de développer une méthode expérimentale et numérique qui soit capable d’évaluer simultanément les propriétés acoustiques et géométriques de plaques viscoélastiques homogènes. Au cours de cette étude, nous ne négligeons pas le fait que l’atténuation des ondes ultrasonores dans ce type de matériaux présente généralement un caractère dispersif au même titre que la vitesse de propagation. Afin de réaliser cette démarche, nous avons choisi d’étudier le coefficient de transmission d’une plaque immergée dans un fluide (eau ou air), en prenant en compte les effets dispersifs et dissipatifs des ondes dans la plaque (modèle de Szabo) et en intégrant ceux-ci au sein du modèle théorique. Nous avons inclus une correction de la diffraction sous forme d’une approximation pour tenir compte de la dimension finie de la source. Le modèle théorique ainsi choisi représente un des éléments clés nécessaires à la création d’une méthode d’identification des propriétés élastiques et dissipatives de matériaux viscoélastiques. Les autres points fondamentaux de cette méthode sont la mesure, en incidence normale, du coefficient de transmission de la plaque, ainsi que la routine d’optimisation. Nous avons mis au point deux techniques de mesure par immersion ou par air-coupling afin d’extraire la fonction de transmission en fréquence de la plaque. La routine d’optimisation développée sous Matlab® permet ensuite de faire évoluer les paramètres ajustables du modèle numérique jusqu’à obtenir une réponse identifiée proche de la réponse expérimentale, en recourant à un algorithme de minimisation de moindres carrés non-linéaire. Les propriétés extraites simultanément sont : l’épaisseur et la masse volumique de la plaque, ainsi que la vitesse et l’atténuation des ondes longitudinales dans la plaque. La procédure ainsi mise au point a été appliquée à plusieurs matériaux polymères, puis à des plaques composites (vieillies ou non). Nous avons vérifié que pour l’ensemble de ces plaques, l’épaisseur et la vitesse s’identifient correctement. La masse volumique est identifiée avec une précision moindre. En ce qui concerne l’atténuation, nous avons pu mettre en évidence son estimation plus délicate, en particulier pour le coefficient d’atténuation. Cependant, nous obtenons des résultats concluants pour l’identification de l’exposant de l’atténuation. Nous avons pu observer que les erreurs résiduelles entre les courbes expérimentales et identifiées étaient de l’ordre de 0,5% et 5% pour les mesures dans l’eau et dans l’air, respectivement.
Book Description
Les modules de compression et de rigidité constituent des paramètres macroscopiques, caractéristiques des matériaux homogènes, linéaires et isotropes. Nous proposons, dans ce travail, deux méthodes acoustiques, originales et complémentaires, applicables aux matériaux liquides, qui permettent leur détermination dans le domaine haute fréquence. La première méthode est basée sur le traitement de l'impédance électrique d'entrée d'un capteur à onde de cisaillement, place au contact du matériau liquide étudié. Ce traitement permet d'extraire le coefficient de réflexion a l'interface entre les matériaux solide et liquide, puis finalement, le module de rigidité. La seconde méthode utilise des capteurs onde de pression. Elle repose sur le traitement de la fonction de transfert en tension d'un système compose de deux capteurs et du matériau liquide dispose entre eux. La vitesse et l'absorption du matériau liquide sont extraites de ce traitement et reliées à une combinaison des deux modules. La connaissance du module de rigidité, issu de la méthode précédente, permet d'atteindre le module de compression. Les deux méthodes de mesure ont été validées, à l'aide d'un matériau liquide de référence. En guise d'exemple, elles ont été appliquées pour l'étude d'un matériau liquide particulier.
Author: Nicolas Leymarie Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 81
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Une nouvelle technique d'evaluation non destructive des proprietes viscoelastiques de milieux anisotropes est presentée. Inspiree du principe de maximum de vraisemblance, la methode d'identification est basée sur la reconstruction d'un jeu de signaux a partir d'un modele de propagation ultrasonore au travers d'une lame immergée. La formulation du probleme direct conduit a l'expression analytique la réponse de la lame, et par suite à prédire la forme d'onde d'un signal transmis en fonction des paramètres du probleme. Les specificites du procede d'inversion sont constituees par l'utilisation d'une formulation analytique des signaux experimentaux lors de leur analyse et par la definition de deux fonctions objectif originales, complementaires et peu sensibles au bruit. Le milieu etudié étant supposé viscoélastique linéaire, le comportement mécanique est décrit à l'aide d'un tenseur des rigidités, fonctions complexes de la fréquence. Deux méthodes d'identification sont alors proposées : une approche dite "globale", ou le comportement du milieu est décrit sur la gamme de frequence etudiée par un modèle rhéologique prédéfini ; une approche dite "locale", ou la description locale du comportement autour de chaque fréquence permet d'introduire des conditions de causalité et de reconstruire le modèle rhéologique du milieu sans en supposer la forme. Les effets du rapport signal sur bruit, de l'épaisseur de la lame et des degrés d'anisotropie et d'atténuation du matériau, sont etudiés. L'influence du choix d'un modèle rhéologique prédéfini est discutée. Ce point étant préponderant sur la qualité de la reconstruction par approche "globale", nous démontrons par l'approche "locale", la possibilité de caractériser des lois d'evolution frequentielles quelconques des rigidites complexes, identifiant ainsi des comportements inattendus.
Book Description
La modélisation de l’endommagement passe, pour de nombreux matériaux composites, par la caractérisation du comportement mécanique sous sollicitation cyclique et notamment par l’étude viscoélasticimétrique du matériau endommagé. La construction d’un cadre approprié pour une interprétation rhéologique cohérente du comportement cyclique d’un modèle élastoviscoplastique nous a permis à la fois de confirmer certains phénomènes expérimentaux, et de développer une technique permettant d’atteindre directement le régime stabilisé. Ce cadre permettra ensuite l’analyse des paramètres rhéologiques à travers l’évolution de l’angle de perte et du module complexe. Pour aller plus loin, et ainsi mieux comprendre le comportement des matériaux élastoviscoplastiques lorsqu’ils sont soumis à des sollicitations cycliques, il convient d’entreprendre l’étude de divers modèles non linéaires et d’analyser l’extension des notions de module complexe et d’angle de perte au-delà du cadre linéaire pour lequel une sollicitation harmonique entraine une réponse harmonique. Ceci pose en fait le problème beaucoup plus large de la viscoélasticimétrie non linéaire. L’ensemble des modèles étudiés sera présenté en deux sous ensembles, autour de la structure de Prager d’abord, et de celle de Zener ensuite. Ces différents modèles sont étudiés sous sollicitation cyclique à contrainte sinusoïdale imposée, et une formulation analytique sera présentée. Nous montrerons l’influence de la structure sur la caractérisation viscoélasticimétrique. Nous vous intéresserons ensuite au cas de la déformation harmonique imposée, puis nous analyserons enfin l’éventuelle influence de la forme du signal imposé sur la caractérisation du comportement. Le frottement interne comme la viscoélasticimétrie sont des techniques de caractérisation parfaitement bien assises en viscoélasticité linéaire, toutefois leur champ d’application réel s’étend bien au-delà de ce domaine. Par exemple, le frottement intérieur est à juste titre utilisé dans le cadre des matériaux microhétérogènes comme outil d’investigation en microplasticité pour l’étude des dislocations et de leur mobilité, ce qui correspond à un comportement viscoplastique. Nous vous proposons dans une dernière partie d’appliquer la méthodologie développée précédemment pour caractériser des phénomènes expérimentaux observés sur certains matériaux composites granulaires à matrice métallique. Les techniques de mesure du frottement intérieur sont utilisées de façon originale pour caractériser la microplasticité et de l’amortissement du matériau à travers une vitesse de refroidissement, sous l’effet de contraintes internes induites par différentiel thermique entre les particules et la matrice. Une interprétation rhéologique sera présentée.
Author: Sundaram Gunasekaran Publisher: CRC Press ISBN: 1420031945 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 446
Book Description
Cheese Rheology and Texture is the first reference to bring together the essential information on the rheological and textural properties of cheese and state-of-the-art measurement techniques. This comprehensive resource begins with an overview of cheesemaking technology and detailed descriptions of fundamental rheological test methods. Then
Author: J. David N. Cheeke Publisher: CRC Press ISBN: 1351833197 Category : Science Languages : en Pages : 507
Book Description
Written at an intermediate level in a way that is easy to understand, Fundamentals and Applications of Ultrasonic Waves, Second Edition provides an up-to-date exposition of ultrasonics and some of its main applications. Designed specifically for newcomers to the field, this fully updated second edition emphasizes underlying physical concepts over mathematics. The first half covers the fundamentals of ultrasonic waves for isotropic media. Starting with bulk liquid and solid media, discussion extends to surface and plate effects, at which point the author introduces new modes such as Rayleigh and Lamb waves. This focus on only isotropic media simplifies the usually complex mathematics involved, enabling a clearer understanding of the underlying physics to avoid the complicated tensorial description characteristic of crystalline media. The second part of the book addresses a broad spectrum of industrial and research applications, including quartz crystal resonators, surface acoustic wave devices, MEMS and microacoustics, and acoustic sensors. It also provides a broad discussion on the use of ultrasonics for non-destructive evaluation. The author concentrates on the developing area of microacoustics, including exciting new work on the use of probe microscopy techniques in nanotechnology. Focusing on the physics of acoustic waves, as well as their propagation, technology, and applications, this book addresses viscoelasticity, as well as new concepts in acoustic microscopy. It updates coverage of ultrasonics in nature and developments in sonoluminescence, and it also compares new technologies, including use of atomic force acoustic microscopy and lasers. Highlighting both direct and indirect applications for readers working in neighboring disciplines, the author presents particularly important sections on the use of microacoustics and acoustic nanoprobes in next-generation devices and instruments.
Author: Nicolas Larcher
Author: Nicolas Larcher
Author: Abdelhak El Mouhtadi
Author: Yves Deblock
Author: Nicolas Leymarie
Author: 
Author: Parviz Soleimani
Author: Fouad Limam
Author: Sundaram Gunasekaran
Author: J. David N. Cheeke
Author: J. Belle