Extended three-dimensional digital image correlation (X3D-DIC)

International audienceA correlation algorithm is proposed to measure full three-dimensional displacement fields in a three-dimensional domain. The chosen kinematic basis for this measurement is based on continuous finite-element shape functions. It is furthermore proposed to account for the presence of strong discontinuities, similarly to extended finite element schemes, with a suited enrichment of the kinematics with discontinuities supported by a (crack) surface. An optimization of the surface geometry is proposed based on correlation residuals. The procedure is applied to analyze one loading cycle of a fatigue-cracked nodular graphite cast iron sample by using computed tomography pictures. Subvoxel crack openings are revealed and measured

[La microstructure 3D des matériaux polycristallins vue sous la lumière synchrotron]

International audienceSynchrotron radiation X-ray imaging and diffraction techniques offer new possibilities for non-destructive bulk characterization of polycrystalline materials. Minute changes in electron density (different crystallographic phases, cracks, porosities) can be detected using 3D imaging modes exploiting Fresnel diffraction and the coherence properties of third generation synchrotron beams. X-ray diffraction contrast tomography, a technique based on Bragg diffraction imaging, provides access to the 3D shape, orientation and elastic strain state of the individual grains from polycrystalline sample volumes containing several hundred up to a few thousand grains. Combining both imaging modalities allows a comprehensive description of the microstructure of the material at the micrometer length scale. Repeated observations during (interrupted) mechanical tests provide unprecedented insight into crystallographic and grain microstructure related aspects of polycrystal deformation and degradation mechanisms in materials, fulfilling some conditions on grain size and deformation state.Les techniques d'imagerie et de diffraction au rayonnement synchrotron offrent de nouvelles possibilités pour la caractérisation tridimensionnelle et non destructive des matériaux polycristallins. De faibles variations de densité électronique (phases secondaires, fissures, porosités) peuvent êtres détectées grâce à des modes d'imagerie qui exploitent la diffraction de Fresnel ainsi que la cohérence des faisceaux issus des sources synchrotron de troisième génération. La tomographie par contraste de diffraction, autre technique d'imagerie 3D basée sur la diffraction de Bragg, donne accès à la forme, l'orientation et l'état de déformation élastique des grains dans des volumes polycristallins contenant jusqu'à mille grains. La combinaison de ces deux modes d'imagerie permet de caractériser des matériaux polycristallins à l'échelle du micron. Des observations répétées lors d'essais mécaniques (interrompus) permettent d'analyser le rôle de la cristallographie locale sur les mécanismes de déformation et de dégradation dans des matériaux polycristallins, respectant certaines conditions sur la taille de grains, et/ou leur état de déformation

Résistance en fatigue en fonction de la température de feuilles d'aluminium brasées de fines épaisseur utilisées pour les échangeurs thermiques automobiles

Dans cette étude, une caractérisation détaillée des mécanismes d'endommagement cyclique à l'oeuvre dans les échangeurs thermiques automobiles a été effectuée dans le but d'améliorer leurs fiabilités. Le matériau étudié qui consiste en une plaque très fine (80% de la limite à rupture)

Amorçage et propagation de fissures de fatigue dans un alliage Al-Si A319 lors d'essais in situ de fatigue oligocyclique sous tomographie synchrotron

Dans l'industrie automobile, le procédé généralement utilisé pour la fabrication des culasses est le moulage en coquille par gravité. Il est progressivement remplacé par le Procédé à Modèle Perdu (PMP) dans un but d'optimisation de la géométrie, de réduction des coûts et de contrôle de la consommation des véhicules. Cependant, les pièces automobiles en alliage d'aluminium fabriquées par PMP ont une microstructure plus grossière et plus de pores que les pièces fabriquées en moulage en coquille par gravité à des vitesses de refroidissement plus grandes. Cette microstructure a une influence majeure sur le comportement en fatigue et les mécanismes d'endommagement des alliages Al-Si. Dans ces travaux, les mécanismes d'endommagement en fatigue oligocyclique ont été étudiés lors d'essais in situ sous tomographie de synchrotron (SLS et ESRF) à la fois à température ambiante et à la température de service des culasses (250°C°) sur des échantillons prélevés dans les zones les plus critiques de la culasse (face flamme). Préalablement, des observations sous microtomographe par rayons X de laboratoire (MATEIS et ISIS4D) ont permis de sélectionner les échantillons et les zones d'observations et d'analyses au regard de la taille et de la localisation des pores en particulier. La reconstruction 3D des images permet de visualiser les différents éléments de la microstructure (Si eutectique, intermétalliques au fer (?(AlFeMnSi) et ? (AlFeSi)), intermétalliques au cuivre (Al2Cu et AlCuMgSi) à haute résolution (1,6 - 2.5 µm de taille de voxel). Le lien entre la microstructure et l'amorçage et la propagation des microfissures a ainsi pu être étudié en volume. Cette microstructure sert par ailleurs de texture naturelle pour la corrélation d'images volumiques. Grace aux champs de déplacement 3D mesurés, la localisation et le développement de la déformation sont suivis au cours du cyclage. Il est démontré que la microstructure complexe 3D du matériau et la présence des pores produit des hétérogénéités locales qui peuvent être corrélées avec l'amorçage et la propagation des fissures de fatigue

Les grandes familles de matériaux et de procédés de mise en øeuvre

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Characterization of internal fatigue cracks in aluminum alloys by simulation of phase contrast tomography

International audienceSynchrotron Radiation Computed Tomography (SRCT) allows a better detection of fatigue cracks in metals than laboratory CT due to the existence of phase contrast. However the presence in reconstructed images of fringes at the edges of objects generated by Fresnel diffraction makes it difficult to identify and analyze the cracks quantitatively. Simulations of phase contrast synchrotron tomography images containing cracks with different sizes and shapes are obtained by using GATE software. Analyzing the simulation results, firstly, we confirmed that the bright parts with strong contrast in SRCT image are streak artifacts; secondly, we found that the gray scale values within the cracks in SRCT images are related to the crack size; these simulation results are used to analyse SRCT images of internal fatigue cracks in a cast Al alloy, providing a clearer visualisation of damage

Materials and process selection from teaching to research and back: the Rhone Alpes experience

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