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Posté par Redbran le Vendredi 17/11/2017 à 12:00
Matériaux: identification mécanique 4D ultra-rapide
Pratiquer des essais mécaniques au sein d'un appareil de tomographie aux rayons X est une méthode pour identifier les lois de comportement d'un matériau. Des chercheurs du LMT obtiennent le résultat en un temps record, en couplant les essais avec de la modélisation numérique. Leurs travaux sont publiés dans la revue Experimental Mechanics.


Mesure cinématique par projections.

La tomographie aux rayons X permet d'obtenir une image 3D de la microstructure d'une éprouvette de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et...). Mais la technique repose sur un calcul à partir d'environ un millier de radiographies 2D, et il faut environ une heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure...) pour obtenir une seule image volumique. Si l'on veut suivre l'évolution de la microstructure du matériau pendant qu'il se déforme, au moyen d'une série d'images 3D réalisées pendant un essai mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) in situ, dans le tomographe, le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données...) peut ainsi atteindre une semaine... Ces essais in situ se développent pourtant, car ils sont exceptionnellement riches et permettent, grâce à la corrélation d'images volumiques, de mesurer le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture navale, le...) tridimensionnel dans le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de l'éprouvette, et au-delà d'identifier la loi de comportement mécanique du matériau.

C'est pour accélérer ce type d'essais que des chercheurs du Laboratoire de mécanique et technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) (LMT, ENS Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la...) Saclay/CNRS/Université Paris-Saclay) ont mis au point (Graphie) une méthode qui réduit fortement le temps d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) des images. Appliquée à un essai de fracturation d'une éprouvette de plâtre (Le plâtre est un matériau de construction ignifuge. Il est utilisé sous forme de pâte constituée d'un mélange de poudre et d'eau, ou préparé sous forme de...), leur méthode a réduit ce temps d'un facteur 350. Ce qui signifie que la durée de l'expérience in situ peut être ramenée d'une semaine à... 5 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. Unités et...). Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en mesurant avec précision les propriétés élastiques et la ténacité du matériau.

La méthode prolongeant un brevet du LMT (1) repose sur un couplage entre essais et modélisation numérique. Une image 3D de l'éprouvette dans son état initial est comparée, non avec un autre volume calculé à partir de milliers de radiographies, mais avec deux, ou même une seule radiographie (La radiographie est l'ensemble des techniques permettant de réaliser des clichés à l'aide de rayons X des structures internes d'un patient ou d'un composant mécanique (la...) 2D ! Le principe consiste à déformer numériquement le volume initial de l'éprouvette, en s'appuyant sur une modélisation, de façon à ce que ses projections calculées correspondent aux radiographies acquises lors de l'essai. Un procédé itératif permet d'obtenir la loi de comportement en un temps record.

Ces travaux pourraient enrichir l'offre de la start-up EikoSim, issue du laboratoire, qui met en ?uvre les méthodes de corrélation d'images numériques pour le dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il doit y avoir au minimum un émetteur et un récepteur. Une donnée émise,...) essai/calcul. Les chercheurs envisagent aussi l'application de leur méthode à la tomographie neutronique et de l'utiliser pour accélérer encore la tomographie à rayons X rapide, réalisée avec un rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs circulaires.).

Note:
(1) Brevet WO2015193086 CNRS/ENS-Cachan.


Références:
In situ ?CT-scan Mechanical Tests: Fast 4D Mechanical Identification
C. Jailin, A. Bouterf, M. Poncelet, S. Roux
Experimental Mechanics 2017, Volume 57, Issue 8, pp 1327?1340
DOI: 10.1007/s11340-017-0305-z
https://link.springer.com/article/10.1007/s11340-017-0305-z

Contact chercheur:
Stéphane Roux ? LMT

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Source: CNRS-INSIS
 
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