Photoelasticimetrie en grandes deformations : methode de mesures de grandes et de petites deformations

SIGLECNRS T Bordereau / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Analyse mécanique de la verse en végétation du maïs, approche expérimentale et élaboration d'un modèle numérique du système racinaire

POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Développement et mise en oeuvre de méthodes optiques pour la mesure de relief et de champ de déformations en vue de la modélisation d'organes biologiques

Cette étude porte sur l'application des techniques de mesure optiques pour la caractérisation mécanique des biomatériaux. Deux voies ont été explorées : la réalisation de maillages en éléments finis et la mesure de déformations planes. Les maillages en éléments finis peuvent être réalisés à partir du relief des organes. Nous avons alors développé une technique de projection de réseaux de traits. Afin d'améliorer la précision, l'analyse des réseaux s'effectue par des techniques de décalages de phases. Une procédure de calibrage du montage a été spécialement développée. La mesure des déformations sur de la peau a été effectuée par une extension de la technique de suivi de marqueurs. Afin de voir l'ensemble des phénomènes mécaniques qui régissent ce biomatériau, nous avons réalisé des essais de traction simple, de relaxation, de traction à accélération constante et de traction biaxiale. Le caractère viscoplastique de la peau et l'orthotropie de sa structure ont été ainsi mis en évidence.This study concentrates on the characterisation of biological materials by means of optical methods of measurement. Two research fields were considered: meshes in finite elements and the measurement of plane strains. Meshes in finite elements can be obtained from the relief of the organs studied. We then developed a technique projecting sinusoidal gratings of vertical lines which were analysed using phase-shifting techniques to get a better accuracy. A special calibration procedure of the experimental set-up was developed for this purpose. An extension of the tracking method allowed measuring plane strains on skin. In order to study all the mechanical behaviours of this biological material we carried out simple tensile tests, relaxation tests, tensile tests with constant acceleration and biaxial tensile tests. The viscoplasticity of skin and the orthotropy of its structure were thus demonstrated.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Développement d'une méthode de démodulation de phase à partir d'une seule image de franges (applications des méthodes optiques de champ à la mesure en dynamique)

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.The recent progresses of the digital high speed cameras allows us to analyze very fast phenomena, such as cracks propagations, vibrations or impacts loading. These cameras give us a single frame of each time of experimental process. Optical methods in mechanics are widely used by researchers and engineers. The values of the quantities we are looking for are contained in the demodulated phase of the fringe pattern. Usually, in static, the phase extraction is performed by a phase shifting technique using several fringe patterns. But, this approach is unavailable for studies in dynamics. In this case, we have access to only one image for a given mechanical state. So we must extract the information from a single fringes pattern. We present two techniques of phase demodulation from a single real fringe pattern using the correlation technique. The behavior and the performances of both algorithms are presented with the help of examples.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Mesure des déplacements et déformations en trois dimensions par stéréoscopie (applications au comportement de mousses synthétiques)

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Developpement de techniques de mesure dans le volume, photoélasticimétrie 3D par découpage optique et corrélation volumique par tomographie optique et rayons X (application à l'étude des effets mécaniques 3D dans les structures et les biomatériaux)

Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement de techniques de mesures dans le volume. Trois approches ont été développées pour étudier les effets mécaniques 3D dans les matériaux et les structures. La première est la photoélasticimétrie 3D par découpage optique qui permet d observer les différences de contraintes ou de déformations principales au cœur de structures fabriquées dans un matériau transparent. La deuxième approche est la Corrélation d Images Volumiques (CIV) associée à la tomographie par découpage optique. La CIV, qui est l extension en 3D de la corrélation d images numériques, fournit les champs volumiques des déplacements et des déformations. La tomographie par découpage optique est une technique d acquisition d images volumiques dans les matériaux transparents. La dernière approche est la CIV associée à la microtomographie par rayons X. Celle-ci permet d acquérir des images volumiques dans les matériaux non-transparents. Plusieurs essais expérimentaux de déplacements et de déformations sont présentés dans le but de confronter ces trois méthodes et afin de déterminer leurs champs d applications, leurs performances, leurs avantages et inconvénients. En termes d applications, la photoélasticimétrie 3D et la CIV par découpage optique sont utilisées pour l analyse expérimentale du comportement mécanique de rotules aéronautiques dans le but de rendre plus réaliste la modélisation numérique des éléments rotulés. Concernant les matériaux non-transparents, la corrélation volumique et la microtomographie par rayons X sont employées pour étudier le comportement mécanique de l os spongieux.This work is about developments of volume measurement techniques. Three approaches have been developed to study 3D mechanical effects in materials and structures. The first approach is the 3D photoelasticity technique by optical slicing which enables us to observe principal stress or strain differences in transparent structures. The second approach is the digital volume correlation (DVC) coupled with optical scanning tomography. DVC, which is the 3D extension of the Digital Image correlation (DIC), gives full 3D displacement and strain fields. Optical scanning tomography is a technique which generates volume images in transparent materials. The last approach is the DVC method coupled with X-ray micro-computed tomography. With this technique, it is possible to generate volume images in non-transparent materials. Several mechanical tests with imposed displacement or deformation are presented in order to compare these three methods and to determine their application fields, theirs performances, their advantages and disadvantages. Concerning applications, 3D photoelasticity and DVC by optical slicing have been used for the experimental analysis of aeronautical spherical plain bearing behaviour in order to make more realistic a numerical simulation. Concerning non transparent materials, DVC and X-ray micro-computed tomography have been employed to study mechanical behaviour of cancellous bone.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Nouvelle technique de tomographie optique rapide pour une analyse résolue en temps de structures mécaniques

Dans le cadre de la mesure des déplacements et déformations 3D au sein d’une structure, nous présentons une nouvelle méthode expérimentale pour l’acquisition rapide de volumes. Actuellement la mécanique des solides ne dispose d’aucun moyen de tomographie capable d’analyser les phénomènes rapides à part la tomographie rayons X synchrotron rapide. Les méthodes utilisées pour l’analyse volumique d’une structure, notamment la tomographie rayons X ou la tomographie optique par balayage offrent une bonne résolution spatiale ainsi que des artéfacts corrigeables ou de faibles amplitudes, mais du fait de leur principe d’acquisition (rotation de la pièce, translation d’un faisceau) elles sont limitées à l’étude de phénomènes quasi-statiques. Pour l’étude de champs de vitesses dans les fluides, des méthodes d’investigation volumique rapides ont été développées, notamment la PTV-3D ou la Tomo-PIV. Celles-ci ne possèdent pas les caractéristiques (résolution, artéfacts) requises pour l’analyse des déformations 3D dans les solides. La méthode ORST (Optical Rotary Slicing Tomography) que nous avons développée exploite le principe d’illumination par un feuillet laser des tranches minces d’un objet diffusant. Dans notre cas, le balayage repose sur la mise en rotation rapide d’un feuillet laser. Cette méthode permet des acquisitions à vitesses élevées en utilisant une seule caméra rapide. Cette technique impose une procédure de calibration ainsi qu’une étape de reconstruction des volumes. Pour valider cette technique d’acquisition dans le cadre d’études cinématiques, on réalise un test de déplacements subvoxels d’un solide. Le calcul des déplacements par corrélation d’images volumiques a permis d’évaluer quantitativement les erreurs de mesure et de les comparer à celles obtenues par la technique de tomographie optique par balayage en translation. Nous pouvons conclure que ce nouveau procédé d’acquisition n’apporte pas d’erreur supplémentaire tout en permettant une acquisition rapide

Mona Lisa’s digital twin: identifying the mechanical properties of the panel combining experimental data and advanced finite-element modelling

International audienceSince 2004, the “Mona Lisa” painting by Leonardo da Vinci has been studied by an international research group of wood scientists and several experimental campaigns have been carried out to understand its characteristics and provide indications for its conservation. Based on the collected data, a numerical model of the wooden panel has been developed to simulate the mechanical interaction with the framing system. The main objective of this modelling work, described in this paper, is to extract as much information as possible from the experimental tests carried out and, thus, reach a sufficient level of scientific knowledge of the mechanical properties of the panel to build a predictive model. It will be used to predict the effect of modified boundary conditions and as a tool of preventive conservation