Utilisation de l'imagerie IR pour l'étude de la fatigue des aciers : Premières observations d'effets de surface

International audienceDe nouvelles méthodes de caractérisation de la tenue à la fatigue des matériaux métalliques par mesure thermique sont développées depuis plusieurs années. Elles donnent accès en quelques dizaines de minutes à une estimation de la limite d'endurance et de la dispersion des résultats de fatigue d'un matériau, là où plusieurs jours sont nécessaires traditionnellement. Un des axes de développement de ces méthodes consiste à caractériser à l'aide de ces techniques les effets de surface sur les propriétés à la fatigue. Pour capter l'information due à l'hétérogénéité locale provoquée par le traitement de surface, il est nécessaire de passer d'une vision moyenne à des mesures de champ. Deux points clefs peuvent être considérés pour ce passage. Le premier concerne la mesure et est traité dans cet article. Le second concerne l'identification du champ de sources locales à partir du champ de température mesurée et n'est pas traité ici. Un protocole expérimental de mesure du champ de température d'une tôle mince avec une précision suffisante (incertitude de l'ordre du milliKelvin) est présenté pour discerner des hétérogénéités de propriété à la fatigue (p. ex. surface vs. cœur). L'article expose les différentes sources d'artefacts rencontrés et les techniques utilisées pour les supprimer

Probabilistic multiscale models and measurements of self-heating under multiaxial high cycle fatigue

WOSInternational audienceDifferent approaches have been proposed to link high cycle fatigue properties to thermal measurements under cyclic loadings, usually referred to as “self-heating tests.” This paper focuses on two models whose parameters are tuned by resorting to self-heating tests and then used to predict high cycle fatigue properties. The first model is based upon a yield surface approach to account for stress multiaxiality at a microscopic scale, whereas the second one relies on a probabilistic modelling of microplasticity at the scale of slip-planes. Both model identifications are cost effective, relying mainly on quickly-obtained temperature data in self-heating tests. They both describe the influence of the stress heterogeneity, the volume effect and the hydrostatic stress on fatigue limits. The thermal effects and mean fatigue limit predictions are in good agreement with experimental results for in and out-of phase tension-torsion loadings. In the case of fatigue under non-proportional loading paths, the mean fatigue limit prediction error of the critical shear stress approach is three times less than with the yield surface approach

Dissipation measurements in steel sheets under cyclic loading by use of infrared microthermography

WOSInternational audienceHeterogeneous dissipation in steel sheets due to cyclic loading is difficult to measure, especially in the transverse direction because of the high conductivity and low thickness of the sheets. The goal of this article is thus to develop an experimental protocol allowing for the dissipation field determination from infra-red thermography. The protocol is based on a specific differential measurement and an asynchronous acquisition. It reduces measurement artefacts due to coating, rigid body motion, convection, and optical deleterious effects. It is eventually applied to different specimens

Rapid multiaxial high cycle fatigue limit predictions using self-heating-based probabilistic multiscale models

Thermal measurements under multiaxial cyclic loadings are used herein to predict multiaxial fatigue properties. Two models describing random microplasticity activation via a Poisson Point Process. The thermal response is interpreted as the “mean” behaviour of the microplastic activity, whereas the fatigue limit relies on the weakest link assumption. The first model is based upon a yield surface approach to account for stress multiaxiality at a microscopic scale. The second one relies on a probabilistic modelling of microplasticity at the scale of slip-planes. Both models are identified on thermal results and a uniaxial mean fatigue limit, and then validated using fatigue limits as well as thermal responses in the case of tension-torsion loadings on tubular specimens made of medium carbon steel. They predict well hydrostatic stress, volume and proportional multiaxial effects. The model with microplasticity described at the scale of slip-planes also offers a good prediction of nonproportional mean fatigue limits (~ 5% error) whereas the other model is less predictive (~ 17% error)

Dialogue essais-modèle pour l'interprétation des liens entre mesure d'auto-échauffement sous chargement cyclique et fatigue polycyclique

WOSInternational audienceUne démarche de développement d'un modèle probabiliste à deux échelles pour la fatigue HCF des aciers est proposée. Elle est basée sur l'utilisation de mesure d'autoéchauffement sous chargements cycliques et est validée sur la base de la prévision des courbes de Wöhler d'un acier dual-phase pour différents rapport de charge

Experimental database of mixed-mode crack propagation tests performed on mortar specimens with a hexapod and full-field measurements. Part II: interactive loading

International audienceThis second paper presents a series of 4 crack propagation tests with the same experimental protocol as in a companion paper, but with some significant loading modifications. The first difference is that the loading is composed of in-plane rotation in addition to tension and shear translations. The second difference is that the loading is manually changed during the tests, depending on the crack tip location. This leads to tests with several bifurcations, and/or different loading ratios during the same test. One of them leads to mode I+II, and then mode I+III crack propagation. Some tests end with instabilities while others are controlled to be stable up to the complete failure of the specimen. In some cases, crack closure and friction between the crack faces occur

Etude expérimentale d'un matériau architecturé à comportement de second gradient du déplacement

Le récent développement des procédés d'obtention par méthode additive a relancé l'intérêt pour certains matériaux architecturés, type « treillis », qui n'étaient jusque-là que difficilement réalisables. Ces méta-matériaux présentent parfois des comportements homogénéisés complexes sortant du cadre de la modalisation élastique du premier gradient. La très grande majorité de leurs études sont alors théoriques ou numériques ([1] est une exception), et posent donc la question de leur validité : quelle est l'importance de ces effets « exotiques » sur un matériau architecturé réel, et à quel point ces matériaux sont-ils influencés par les défauts de fabrication ? La difficulté d'une approche expérimentale vient du fait que les méthodes de caractérisation standard ont été pensées dès le XIXe siècle dans le cadre de la théorie du premier gradient. Les conditions aux limites habituellement appliquées à chaque extrémité d'une éprouvette par une machine d'essai sont de type « translation principale uniforme ». Celles-ci imposent donc une cinématique globale propice à l'étude d'un comportement sensible au premier gradient de déplacement (une déformation de traction ou cisaillement uniforme dans la zone utile), mais contraignent la cinématique à des gradients de déformation a priori nuls (sauf à avoir une zone utile non homogène), et des déplacements aux limites complémentaires nuls, et limitent les gradients de déformation (sauf à avoir une zone utile non homogène). A titre d'illustration, le cas d'un essai de traction simple montre des conditions aux limites de déplacement homogène non nul selon l'axe de l'éprouvette, et nul perpendiculairement. L'effet de Poisson est existant mais l'amplitude des déplacements qu'il provoque est diminué par ces conditions limites. Aucun gradient de déformation selon l'axe principal ou selon l'axe perpendiculaire n'étant imposé, l'étude de comportement type second gradient est alors caduque (la région à proximité des conditions aux limites présente un gradient de déformation, mais est très limitée en terme de taille de zone observable). L'essor des techniques d'identification par mesure de champs cinématiques [2] permet de reconcevoir fondamentalement les méthodes d'essai : nul besoin d'une zone utile homogène. Au contraire, l'hétérogénéité est source de richesse. De la même manière, les moyens de sollicitation doivent évoluer et tendre vers des moyens de contrôle d'un champ, permettant d'imposer des gradients d'effort(s) ou de déformation. C'est dans cette approche que se situe l'étude proposée ici : développer un moyen d'essai utilisant une sollicitation de champ d'effort dans le plan de l'éprouvette et une mesure de champ de déplacement afin d'étudier des matériaux architecturés sensibles aux seconds gradients de déplacement. Le matériau architecturé choisi est similaire à un nid d'abeille produit industriellement (Flex-Core de Hexcel®). Il a une cellule présentant un seul plan de symétrie, ce qui implique des couplages entre premier et second gradients [3].   [1] J. Marty, J. Re?thore?, A. Combescure, Experimental investigation of higher-order homogenization schemes under large strain International Journal of Solids and Structures 88?89 (2016) 263-273 [2] M.A. Sutton, Computer Vision-Based, Noncontacting Deformation Measurements in Mechanics: A Generational Transformation, Applied Mechanics Reviews 65 (2013) [3] N. Auffray, J. Dirrenberger and G. Rosi, A complete description of bi-dimensional anisotropic strain-gradient elasticity, International Journal of Solids and Structures 69-70 (2015) 195-21

Caractérisation thermo-mécanique et modélisation des bandes de transformation dans un alliage à mémoire de forme

Dans les Alliages à Mémoire  de Forme, la transformation martensitique est à l’origine de la pseudoélasticité. C’est ce phénomène, qui se localise sous forme de bandes, que l’on se propose d’observer, de caractériser, et de modéliser. Pour cela, les champs de déplacement par corrélation d’image seront observes puis comparés aux prédictions de différents modèles de localisation. Ensuite, l’analyse des résultats de la thermographie infrarouge permettra d’estimer les champs de sources de chaleur

Development of Multifunctional Overhauser-enhanced Magnetic Rresonance Imaging for Concurrent in Vivo Mapping of Tumor Interstitial Oxygenation, Acidosis and Inorganic Phosphate Concentration

Tumor oxygenation (pO2), acidosis (pH) and interstitial inorganic phosphate concentration (Pi) are important parameters of the malignant behavior of cancer. A noninvasive procedure that enables visualization of these parameters may provide unique information about mechanisms of tumor pathophysiology and provide clues to new treatment targets. In this research, we present a multiparametric imaging method allowing for concurrent mapping of pH, spin probe concentration, pO2, and Pi using a single contrast agent and Overhauser-enhanced magnetic resonance imaging technique. The developed approach was applied to concurrent multifunctional imaging in phantom samples and in vivo in a mouse model of breast cancer. Tumor tissues showed higher heterogeneity of the distributions of the parameters compared with normal mammary gland and demonstrated the areas of significant acidosis, hypoxia, and elevated Pi content

Ammonia (J,K) = (1,1) to (4,4) and (6,6) inversion lines detected in the Seyfert 2 galaxy NGC 1068

We present the detection of the ammonia (NH3) (J,K) = (1,1) to (4,4) and (6,6) inversion lines toward the prototypical Seyfert 2 galaxy NGC 1068, made with the Green Bank Telescope (GBT). This is the first detection of ammonia in a Seyfert galaxy. The ortho-to-para-NH3 abundance ratio suggests that the molecule was formed in a warm medium of at least 20 K. For the NH3 column density and fractional abundance, we find (1.09\pm0.23)\times10^14 cm^-2 and (2.9\pm0.6)\times10^-8, respectively, from the inner 1.2 kpc of NGC 1068. The kinetic temperature can be constrained to 80\pm20 K for the bulk of the molecular gas, while some fraction has an even higher temperature of 140\pm30 K.Comment: 5 pages, 3 figures, accepted by A&