Cours1_Chap1

Chapitre 1
INTRODUCTION À L'ANALYSE EXPÉRIMENTALE DES CONTRAINTES
MEC6405‐Analyse Expérimentale des contraintes
Automne 2012
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
1
Buts
•
•
•
•
•
Vérification des hypothèses fondamentales de la Résistance des Matériaux
Vérification expérimentale de solutions analytiques ou numériques complexes
Obtention de solutions expérimentales dans les cas de géométrie ou de chargement complexes (ex.: contraintes résiduelles, fatigue, propagation de fissure)
Vérification de la fiabilité d'un prototype
Surveillance de pièces de machine ou de structures en opération
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
2
Les méthodes
• méthodes analogiques • méthodes de mesure des déformations (méthodes extensométriques)
• méthodes de mesure des contraintes
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
3
Les méthodes analogiques
Certains modèles physiques obéissent à des lois exprimées par les mêmes entités mathématiques que celles des contraintes
ANALOGIE ÉLECTRIQUE
 2  2
 2 0
2
x
y
ANALOGIE DE LA MEMBRANE (OU DE PRANDTL)
 2  2
 2  cte (Laplace cas particulier)
2
x
y
Les méthodes analogiques ont été remplacées par des méthodes où l'on mesure des grandeurs physiques en relation directe avec la déformation ou la contrainte.
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
4
EXEMPLE D’APPAREIL UTILISANT L’ANALOGIE DE LA MEMBRANE
Détermination les contraintes de cisaillement dans un barreau de
section triangulaire soumis à un moment de torsion
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
5
Méthodes de mesure des déformations • Mesurer directement en prenant deux repères sur la pièce (extensomètres)
• Lier à la pièce un dispositif qui subit les mêmes déformations et influe sur un autre phénomène physique mesurable (jauges, vernis, Moiré, image)
• Mesurer un phénomène physique en relation directe avec la déformation (holographie, ultrason)
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
6
Extensomètres mécaniques
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
7
Extensomètres électroniques
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
8
Jauges à résistance électrique
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
9
Corrélation d’images numériques
• Méthode optique de mesure de déformation sur la surface
d’un objet
• La méthode consiste à suivre, pendant la déformation, les
niveaux de gris d’un secteur au voisinage d’un point, en
rouge sur les images ci-dessous.
• Secteur = "subset" en anglais ou "imagette" en français
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
10
Corrélation d’images (suite)
Éprouvette avec mouchetis
(speckle)
http://www.limess.com/
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
11
Vernis craquelant
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
12
Franges de Moiré
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
13
Holographie laser
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
14
Méthodes de mesure des contraintes
Méthode
Principe
Application
PHOTOÉLASTICIMÉTRIE
Effet de biréfringence
accidentelle sur des
matériaux transparents
causée par les contraintes
-de champ
-sur modèle 2D et 3D
-sur prototype (PhotoStress)
THERMOÉLASTICITÉ
Émission infrarouge due à
un état de contraintes
cycliques
-sur prototype chargé
dynamiquement
RAYON-X
Mesure de la distance des
plans d'atomes (distance
inter réticulaire)
-ponctuelle
-sur les métaux
ULTRASON
Mesure du temps de
propagation d'une onde en
surface de la pièce
-ponctuelle
-sur prototype
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
15
Photoélasticité
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
16
Photoélasticité par réflexion
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
17
Thermoélasticité
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
18
Ultrason (contraintes résiduelles)
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
19
Méthodes pour les laboratoires
• Jauges à résistance électrique qui est actuellement la méthode la plus populaire pour les travaux industriels et de recherche
• La photoélasticimétrie 2‐D sur modèle transparent (méthode de champ)
Dép. de Génie Mécanique
MEC6405 - Automne 2012
20