Développement d'une méthode optique de mesure directe des déformations sur tout un champ en statique et dynamique PDF Download

Author: René Rotinat
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Author: Valéry Valle
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CE TRAVAIL DE THESE A POUR OBJET DE DEVELOPPER ET DE METTRE EN UVRE, POUR DES SOLLICITATIONS DYNAMIQUES, UNE METHODE DE MESURE LOCALE DES DEFORMATIONS PAR VOIE OPTIQUE. CETTE ETUDE EST REALISEE DANS LE CADRE DE NOTRE COLLABORATION AU GROUPEMENT DE RECHERCHE IMPACT MATERIAUX. LA METHODE CONSISTE EN UNE ANALYSE SPECTRALE D'UN RESEAU DE TRAITS CROISES UTILISANT LE PHENOMENE DE DIFFRACTION OPTIQUE D'UN FAISCEAU LASER. LE PRINCIPE PHYSIQUE DE DIFFRACTION EN INCIDENCE OBLIQUE D'UN FAISCEAU LASER PAR UN RESEAU NOUS PERMET DE CALCULER, EN MESURANT LA POSITION DES TACHES DE DIFFRACTION OBTENUES POUR UN ETAT DE REFERENCE ET UN ETAT DE CHARGEMENT, LE TENSEUR DES DEFORMATIONS (DEUX DEFORMATIONS PRINCIPALES ET UNE ROTATION DE SOLIDE RIGIDE), MAIS AUSSI DE DETERMINER TOUS LES MOUVEMENTS DE SOLIDE DE LA BASE DE MESURE. AFIN DE SEPARER SUR UN MEME PLAN FILM LES TACHES DE DIFFRACTION ISSUES DE PLUSIEURS ETATS DE CHARGEMENT, NOUS UTILISONS DES DEFLECTEURS ACOUSTO-OPTIQUES QUI PERMETTENT D'ATTAQUER LE RESEAU AVEC UNE INCIDENCE DIFFERENTE AU COURS DU TEMPS. DANS LE BUT DE DIRIGER VERS LA BASE DE MESURE LES FAISCEAUX ISSUS DES MODULATEURS ACOUSTO-OPTIQUES ET S'ECARTANT DE L'AXE OPTIQUE, NOUS AVONS REALISE UN ELEMENT OPTIQUE HOLOGRAPHIQUE CONSTITUE DE LENTILLES HOLOGRAPHIQUES. NOUS DEVELOPPONS UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE MESURE DES POSITIONS DES TACHES DU FILM. UNE ACQUISITION GLOBALE DU PLAN FILM EST EFFECTUEE PAR CAMERA CCD MUNIE D'UN OBJECTIF PHOTOGRAPHIQUE EN VUE DE LOCALISER L'ENSEMBLE DES TACHES DE DIFFRACTION. CETTE OPERATION EST SUIVIE D'UNE VISUALISATION TACHE PAR TACHE, AFIN DE DETERMINER AVEC PRECISION LA POSITION DE CHACUNE D'ENTRE ELLES AU MOYEN DE LA CAMERA CCD EQUIPEE D'UN OBJECTIF DE MICROSCOPE PAR ACQUISITION DES INFORMATIONS AU COURS DU DEPLACEMENT MICROMETRIQUE DU PLAN FILM. LA METHODE DEVELOPPEE EST APPLIQUEE EN STATIQUE ET EN DYNAMIQUE AFIN DE MONTRER LES PERFORMANCES DE CETTE TECHNIQUE DE MESURE DES DEFORMATIONS

Author: Shi-Bin Wang
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Pages : 138

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UNE METHODE OPTIQUE, COUPLANT L'HOLOGRAPHIE ET L'ANALYSE NUMERIQUE DE RESEAUX A ETE DEVELOPPEE POUR LA DETERMINATION DU TENSEUR DES DEFORMATIONS PLANES SUR TOUT UN CHAMP. LE FAISCEAU OBJET, DIFFRACTE PAR LE RESEAU SITUE SUR LA SURFACE DE L'EPROUVETTE EST ENREGISTRE SUR UNE PLAQUE A HAUTE RESOLUTION PAR HOLOGRAPHIE. A LA RESTITUTION, LES FAISCEAUX DIFFRACTES SONT RECONSTRUITS ET L'ANALYSE DU CHAMP D'INTERFERENCES DE CES FAISCEAUX FOURNIT LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES DU RESEAU DIFFRACTANT. L'EXPLOITATION DE CES FRANGES D'INTERFERENCES EST REALISEE DE DEUX FACONS, L'UNE UTILISE UN ALGORITHME DE F.F.T. BIDIMENSIONNELLE COUPLE A UNE TECHNIQUE SPECIALE D'INTERPOLATION, L'AUTRE MET EN UVRE UNE PROCEDURE DE DECALAGE DE PHASE. PAR CETTE DERNIERE DEMARCHE, LA SENSIBILITE EN DEFORMATIONS EST DE 0,8/0#-#4. CETTE NOUVELLE METROLOGIE EST APPLIQUEE A LA MECANIQUE DE LA RUPTURE DUCTILE. LES COMPOSANTES DU TENSEUR DES DEFORMATIONS AU VOISINAGE DE LA POINTE DE LA FISSURE SONT AINSI OBTENUES SUR UN ALLIAGE (AL 2017) SOLLICITE EN MODE D'OUVERTURE. POUR UN FAIBLE ACCROISSEMENT DE LA FISSURE DANS LE DOMAINE PLASTIQUE, L'INTEGRALE J EST INDEPENDANTE DU CONTOUR. LA COMPARAISON DU CHAMP DE DEFORMATIONS MESURE AVEC LA DISTRIBUTION ISSUE DE LA FORMULATION CLASSIQUE EN FISSURATION ELASTOPLASTIQUE (SOLUTION H.R.R.) MONTRE QUE LES SOLUTIONS A UN PARAMETRE (J) ET A DEUX PARAMETRES (J, Q) PERMETTENT DE RENDRE COMPTE DE L'EVOLUTION DE CERTAINES COMPOSANTES DE DEFORMATIONS, ET NON DE L'ENSEMBLE DE CES COMPOSANTES. LES INVESTIGATIONS EXPERIMENTALES DOIVENT ETRE POURSUIVIES ET POURRAIENT AIDER A L'ETABLISSEMENT D'UNE FORMULATION MIEUX ADAPTEE A LA DEFINITION DE L'ETAT MECANIQUE EN POINTE DE FISSURE SUR UN MATERIAU DE TYPE DUCTILE.

Author: Jacek Bulhak
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Languages : fr
Pages : 191

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Ce document concerne le développement de l'interférométrie différentielle sur réseau, une méthode de mesure de champs de déformation pour la mécanique expérimentale, caractérisée par une grande résolution spatiale. La plupart des méthodes optiques de champ fournissent des déplacements ; il faut alors les dériver numériquement afin d'obtenir les déformations. Malheureusement, cette opération dégrade considérablement la résolution spatiale, à cause du bruit de mesure qui oblige à un lissage spatial important. C'est dans le cadre d'une solution à ce problème majeur que s'inscrit le présent travail dont le but est de développer une méthode de mesure directe de champs de déformation. D'abord une étude bibliographique est menée parmi les méthodes optiques de mesures de champs de déformations existantes . Puis le principe de la méthode est expliqué. Le montage de l'interférométrie différentielle sur réseau est ensuite présenté en détail. Il permet de mesurer les champs de toutes les composantes de déformation plane ainsi que les champs des 2 pentes et de la rotation locale de la surface d'un objet. L'utilisation de la technique de décalage de phase assure une bonne résolution de la mesure. La méthode est ensuite vérifiée sur un essai de traction par une comparaison avec la mesure par jauges de déformation et par moiré interférométrique. La caractéristique métrologique de la méthode est aussi étudiée, en particulier l'incertitude de la mesure et sa résolution spatiale, et comparée avec celles des méthodes optiques de champ fournissant les déplacements. La méthode est finalement appliquée à l'évaluation des contraintes résiduelles introduites dans un échantillon en duraluminium par grenaillage. La totalité du champ de déformations mesuré est utilisée pour évaluer les 3 composants des contraintes résiduelles. Les résultats sont comparés avec ceux obtenus par la méthode des jauges et un bon accord entre les 2 méthodes est noté.

Author: Eric Robin (mécanicien).)
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Pages : 224

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Les progrès récents des caméras rapides nous permettent d'analyser des phénomènes très rapides, comme les propagations de fissures, les vibrations et les impacts. Ces caméras nous donnent une seule image à un instant donné de l'expérience. Les méthodes optiques sont largement utilisées par les chercheurs et les ingénieurs. Les valeurs des quantités que nous recherchons sont contenues dans la phase démodulée du réseau de franges. Habituellement, en statique, l'extraction de la phase est réalisée par des techniques de décalage de phase utilisant plusieurs images. Mais cette approche n'est pas valable en dynamique. Dans ce cas nous avons accès à seulement une image. Nous devons donc extraire l'information à partir d'une image de franges. Nous présentons deux techniques de démodulation de phase à partir d'une image de franges utilisant la technique de corrélation d'images. Le comportement et les performances des deux algorithmes sont présentés à l'aide d'exemples.

Author: Raphaël Moulart
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Languages : fr
Pages : 160

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Ce travail de thèse présente la mise au point d'une méthodologie de mesure de champs de déformations planes à l'échelle micrométrique. La mesure cinématique est faite par une méthode de grille qui analyse les déformations d'un réseau périodique attaché à la surface à étudier. Les grilles ont été réalisées par photolithographie interférentielle directe. Pour l'observation et la numérisation des réseaux, le choix s'est porté sur la microscopie interférométrique en lumière blanche qui donne accès à la topographie 3D de la surface d'intérêt. Une étude de bruit à permis d'optimiser la réalisation des réseaux pour l'application mécanique auxquels ils étaient destinés. Par ailleurs, l'application de déplacements de corps rigide a permis de mettre en évidence un problème de corrélation spatiale de ce bruit qui ne pouvait être ignoré. Ainsi, et en apportant un soin particulier sur la réalisation expérimentale des essais mécaniques, la résolution en déformation obtenue est de l'ordre de 1 à 2×10−3 pour une résolution spatiale d'environ 20 μm. Une première application concernant l'étude des déformations élasto-plastiques d'un acier ferritique a permis de valider la présente méthode, de l'étendre à l'étude de régions d'intérêt de plus grandes tailles et d'en souligner les points forts mais aussi les limites

Author: Nicolas Fournier
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Languages : fr
Pages : 209

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Ce document concerne le developpement de méthodes optiques de champ. Le but était la recherche de nouvelles applications de techniques de champ basées sur l'optique. Tout d'abord, une méthode de détection de défauts géométriques de forme de surface sur des pièces réfléchissantes a été mise au point. Cette application est purement industrielle et des études ont été menées sur des échantillons de type feuils de peinture automobile, pièces de carrosserie automobile, tôle brutes en sortie de laminoir ou vitrages. Un prototype industriel est actuellement a l'essai. La deuxième application concerne l'analyse de vibrations par une technique optique appelée espi qui permet de mesurer le déplacement hors plan d'un objet sous test. Elle a été effectuée au sein du groupe fibres optiques de l'université heriot watt d'edimbourg - ecosse. un montage d'espi particulièrement original a été reconstruit avec lequel la vibration de plaques minces anisotropes a pu être analysee. La technique permet d'obtenir non seulement l'amplitude de vibration de l'objet sous test mais également la phase de vibration de tous les points par rapport a un point de référence. De plus, le couplage de ce dispositif a un vibrometre a fibre optiques permet d'étendre ses capacités. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude sont utilises pour la dernière application qui concerne la caractérisation mécanique des composites. Les rigidités de flexion des trois plaques en carbone/époxyde précédemment étudiées sont déterminées. Une approche mécanique originale permet d'utiliser directement les résultats expérimentaux afin de calculer les caractéristiques mécaniques des échantillons. Les rigidités de flexion des plaques déterminées à partir des champs de flèches mesures par la technique espi sont comparées à celles déterminées grâce a une technique appelée deflectometrie qui mesure les champs de pentes a la surface des échantillons. Une comparaison complète des deux techniques est réalisée.

Author: Guillaume Brunetti
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Languages : en
Pages : 32

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The knowledge of strains and stresses is important for a better understanding of the materials properties. Several experimental techniques are available (XRD, Raman ...), but only one allows the determination of the strain at a microscopic scale: the Convergent Beam Electron Diffraction (CBED). This technique is known for its high spatial resolution (of a few nanometers), which comes from its use in a Transmission Electronic Microscope (TEM). The diffraction patterns acquired with a convergent beam are constituted of HOLZ lines whose localization depends on the values of the lattice parameters or strain of the material. The comparison of the lines position between an experimental and a simulated pattern allows the determination of the lattice parameters. In this work, we have applied a new approach for the lattice parameters determination. It is based on the algebraic equation of "K-lines" and enables to work simultaneously on several diffraction patterns. We have quantified the uncertainty linked to the KLEBS approach. The causes of the uncertainty have been presented and we have proposed a statistical approach (multiple patterns) to reduce its value. Then, the multiple patterns approach has been applied to the study of the single crystal nickel based superalloys, and a new method for the misfit determination has been proposed. The last part of this work deals with the study of the strain heterogeneities in a material plastically strained

Author: Clément Ernould
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La compréhension des mécanismes de déformation dans les matériaux cristallins passe par la caractérisation fine des microstructures. Dans le cadre de la microscopie électronique à balayage, la mesure précise des gradients d'orientation et des déformations élastiques du cristal est l'objectif des méthodes dites à haute résolution angulaire. Pour cela, elles emploient des techniques de corrélation d'images numériques afin de recaler les clichés de diffraction électronique. Cette thèse propose une méthode de recalage originale. Le champ de déplacement à l'échelle du scintillateur est décrit par une homographie linéaire. Il s'agit d'une transformation géométrique largement utilisée en vision par ordinateur pour modéliser les projections. L'homographie entre deux clichés est mesurée à partir d'une grande et unique région d'intérêt en utilisant un algorithme de Gauss-Newton par composition inverse numériquement efficace. Une correction des distorsions optiques causées par les lentilles de la caméra lui est intégrée et sa convergence est assurée par un pré-recalage des clichés. Ce dernier repose sur des algorithmes de corrélation croisée globale basés sur les transformées de Fourier-Mellin et de Fourier. Il permet de rendre compte des rotations allant jusqu'à une dizaine de degrés avec une précision comprise typiquement entre 0,1 et 0,5°. La détermination de l'homographie est indépendante de la géométrie de projection. Cette dernière n'est considérée qu'à l'issue du recalage pour déduire analytiquement les rotations et les déformations élastiques. La méthode est validée numériquement sur des clichés simulés distordus optiquement, désorientés jusqu'à 14° et présentant des déformations élastiques équivalentes jusqu'à 5×10−2. Cette étude montre que la mesure précise de déformations élastiques comprises entre 1×10−4 et 2×10−3 nécessite de corriger la distorsion optique radiale, même lorsque la désorientation est faible. Finalement, la méthode est appliquée à des clichés acquis par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) et en transmission en utilisant la nouvelle configuration TKD on-axis (transmission Kikuchi diffraction). Des métaux polycristallins déformés plastiquement ainsi que des semi-conducteurs sont caractérisés. La méthode retranscrit des détails fins de la microstructure d'un acier martensitique trempé et revenu et d'un acier sans interstitiels déformé de 15% en traction, malgré la détérioration du contraste de diffraction induit par la déformation plastique. Les structures de déformation sont également analysées dans de l'aluminium nanostructuré obtenu par déformation plastique sévère grâce au couplage de la méthode de recalage et de la configuration TKD on-axis. Ce couplage permet d'atteindre simultanément une haute résolution spatiale (3 à 10 nm) et une haute résolution angulaire (0,01 à 0,05°). Des cartes de déformation élastiques sont obtenues à l'échelle de quelques nanomètres dans une lame mince de SiGe et les densités de dislocations dans un monocristal de GaN sont déterminées avec une résolution voisine de 2,5×10−3 μm−1 (soit 8×1012 m−2).

Author: Damien Maraval
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Aujourd'hui, trois technologies distinctes et complémentaires sont disponibles pour réaliser des mesures réparties de température, de déformation ou de vibration grâce à l'analyses des rétrodiffusion Raman, Brillouin et Rayleigh. Les besoins industriels actuels se portent sur la mesure répartie de déformation pour des infrastructures avec de longs linéaires, comme les canalisations, pour lesquelles une cartographie linéaire et en temps réel de leur état est demandée. Nous nous focalisons alors sur la conception d'un système de mesure Brillouin capable de mesurer de manière répartie et dynamique les déformations subies par une fibre optique. La méthode employée sera celle du flanc de frange ; elle a déjà été développée et expérimentée sur une architecture opto-électronique de type analyseur Brillouin (Brillouin-OTDA), nécessitant l'accès aux deux extrémités de la fibre optique. Dans notre cas, elle est implémentée sur une architecture fonctionnant en réflectométrie. Les résultats expérimentaux obtenus seront caractérisés et validés par la simulation des mesures de la déformation et du déplacement d'une canalisation supportée entre deux appuis simples ; un modèle mécanique, adapté à cette configuration et transposable sur des projets réels, est développé. Par le biais de partenaire industriels de Cementys, ce modèle est utilisé dans deux projets de surveillance de canalisation d'hydrocarbures dont les moyens d'installation et la finalité sont différents.