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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. Mais la technique repose sur un calcul à partir d'environ un millier de radiographies 2D, et il faut environ une 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 in situ, dans le tomographe, le temps d'expérimentation 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 de déplacement tridimensionnel dans le volume 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 (LMT, ENS Paris Saclay/CNRS/Université Paris-Saclay) ont mis au point une méthode qui réduit fortement le temps d'acquisition des images. Appliquée à un essai de fracturation d'une éprouvette de plâtre, 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. Tout 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 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 œuvre les méthodes de corrélation d'images numériques pour le dialogue 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.
Note:
(1) Brevet WO2015193086 CNRS/ENS-Cachan.
Références:
In situ μCT-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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