Presque toutes les pièces mécaniques porteuses sont soumises plusieurs fois à des charges au cours de la durée de vie d’un système. Dans de nombreuses industries, les matériaux structurels sont conçus pour résister à des conditions de chargement répétées, variables, uniaxiales ou multiaxiales et proportionnelles ou non proportionnelles. Souvent, les conceptions de ce type de structures métalliques sont basées sur une analyse élastique (élasticité limitée) qui n’exploite pas la réserve de charge du matériau, ce qui entraîne des inefficacités en termes de poids et de durabilité structurels. En revanche, les conceptions basées sur l’adaptation (shakedown), un comportement élastoplastique cyclique sûr, peuvent prolonger la durée de vie des composants et/ou les avantages d’allègement.
L’université Lehigh ouvre les portes de la conception de l’adaptation
L’adaptation est obtenue en établissant des contraintes résiduelles appropriées lors d’une charge cyclique qui conduisent à l’arrêt de l’accumulation plastique et à la récupération d’un comportement purement élastique. Bien que développés dans les années 1920, les concepts et les règles de conception de l’adaptation sont peu connus en dehors de l’industrie nucléaire et sont fortement sous-utilisés dans de nombreux milieux de conception technique. L’un des principaux obstacles à une application plus large de l’analyse d’adaptation est le manque d’évaluation expérimentale sur une série de conditions de chargement thermomécaniques exigeantes à l’aide de mesures plein champ modernes. Fournir cette caractérisation expérimentale pour élargir les applications dans la conception et l’optimisation de l’adaptation est l’un des principaux objectifs de l’équipe de la Dre Natasha Vermaak à l’université Lehigh.
Les données expérimentales permettent à l’équipe de Lehigh de calibrer des modèles constitutifs. Ils combinent les informations fournies par les extensomètres à contact et le système DIC (corrélation d’images numériques) sans contact pour mieux comprendre et modéliser les comportements inélastiques cycliques.
Synchronisation des données
Le contrôleur du système d’essais possède plusieurs entrées et sorties numériques et analogiques qui synchronisent les essais thermomécaniques avec le contrôleur DIC pour les mesures DIC. Les données expérimentales sont stockées dans les deux systèmes ; les résultats DIC (champs DIC, composants, projets) sont enregistrés dans le système DIC, tandis que les données du système d’essais sont enregistrées dans celui-ci. Cependant, les sorties analogiques du contrôleur du système d’essais permettent également d’envoyer deux canaux au système DIC avec compensation thermographique et de les enregistrer dans les projets DIC correspondants. Cela permet une meilleure synchronisation temporelle entre les champs DIC et les charges appliquées. Il est également plus facile de comparer les mesures plein champ avec les données ponctuelles.
Analyse et réduction des données
La capacité de programmer des expériences qui modifient le comportement en fonction des mesures intermédiaires est une caractéristique importante du logiciel du système d’essais. Grâce à la programmation conditionnelle, les mesures de la réponse de l’éprouvette produisent des critères différents et permettent de lancer des mesures supplémentaires ou d’adapter les conditions de chargement. Dans le cas des essais d’adaptation, l’objectif est de déterminer si l’accumulation plastique se stabilise ou non lors d’un chargement cyclique. Le logiciel peut générer un programme défini par l’utilisateur qui vérifie automatiquement cette condition. Lorsqu’il est utilisé pour déclencher le contrôleur DIC, seules les données pertinentes sont enregistrées et les données sont réduites. Le système DIC fournit également des fonctionnalités complémentaires pour la synchronisation et l’acquisition des données.
Solutions complémentaires pour la mesure de la déformation
Le laboratoire d’essais utilise des solutions de mesure de la déformation avec et sans contact, car, ensemble, elles permettent d’obtenir une caractérisation plus complète des matériaux. La DIC fournit beaucoup plus d’informations qu’un extensomètre, comme les déplacements et les déformations à tous les points visibles sur l’échantillon. Par ailleurs, les solutions de mesure sans contact offrent une liberté supplémentaire en termes de taille d’échantillon, de configuration expérimentale et de réutilisation. D’un autre côté, les extensomètres à contact sont bien connus pour être une technologie de mesure de la déformation robuste et fiable. Les extensomètres permettent également d’obtenir des taux d’acquisition de données plus élevés qu’un système DIC dont les images peuvent nécessiter un espace de stockage de données important et du temps pour les traiter.
Le laboratoire de la Dre Vermaak peut compter sur le soutien de ses partenaires de systèmes d’essais et de systèmes DIC en matière d’ingénierie, d’application et d’intégration, grâce auquel la collecte, la synchronisation et l’analyse des données avec ces systèmes sont précises et efficaces.
L’université Lehigh ouvre les portes de la conception de l’adaptation
L’adaptation est obtenue en établissant des contraintes résiduelles appropriées lors d’une charge cyclique qui conduisent à l’arrêt de l’accumulation plastique et à la récupération d’un comportement purement élastique. Bien que développés dans les années 1920, les concepts et les règles de conception de l’adaptation sont peu connus en dehors de l’industrie nucléaire et sont fortement sous-utilisés dans de nombreux milieux de conception technique. L’un des principaux obstacles à une application plus large de l’analyse d’adaptation est le manque d’évaluation expérimentale sur une série de conditions de chargement thermomécaniques exigeantes à l’aide de mesures plein champ modernes. Fournir cette caractérisation expérimentale pour élargir les applications dans la conception et l’optimisation de l’adaptation est l’un des principaux objectifs de l’équipe de la Dre Natasha Vermaak à l’université Lehigh.
Les données expérimentales permettent à l’équipe de Lehigh de calibrer des modèles constitutifs. Ils combinent les informations fournies par les extensomètres à contact et le système DIC (corrélation d’images numériques) sans contact pour mieux comprendre et modéliser les comportements inélastiques cycliques.
Synchronisation des données
Le contrôleur du système d’essais possède plusieurs entrées et sorties numériques et analogiques qui synchronisent les essais thermomécaniques avec le contrôleur DIC pour les mesures DIC. Les données expérimentales sont stockées dans les deux systèmes ; les résultats DIC (champs DIC, composants, projets) sont enregistrés dans le système DIC, tandis que les données du système d’essais sont enregistrées dans celui-ci. Cependant, les sorties analogiques du contrôleur du système d’essais permettent également d’envoyer deux canaux au système DIC avec compensation thermographique et de les enregistrer dans les projets DIC correspondants. Cela permet une meilleure synchronisation temporelle entre les champs DIC et les charges appliquées. Il est également plus facile de comparer les mesures plein champ avec les données ponctuelles.
Analyse et réduction des données
La capacité de programmer des expériences qui modifient le comportement en fonction des mesures intermédiaires est une caractéristique importante du logiciel du système d’essais. Grâce à la programmation conditionnelle, les mesures de la réponse de l’éprouvette produisent des critères différents et permettent de lancer des mesures supplémentaires ou d’adapter les conditions de chargement. Dans le cas des essais d’adaptation, l’objectif est de déterminer si l’accumulation plastique se stabilise ou non lors d’un chargement cyclique. Le logiciel peut générer un programme défini par l’utilisateur qui vérifie automatiquement cette condition. Lorsqu’il est utilisé pour déclencher le contrôleur DIC, seules les données pertinentes sont enregistrées et les données sont réduites. Le système DIC fournit également des fonctionnalités complémentaires pour la synchronisation et l’acquisition des données.
Solutions complémentaires pour la mesure de la déformation
Le laboratoire d’essais utilise des solutions de mesure de la déformation avec et sans contact, car, ensemble, elles permettent d’obtenir une caractérisation plus complète des matériaux. La DIC fournit beaucoup plus d’informations qu’un extensomètre, comme les déplacements et les déformations à tous les points visibles sur l’échantillon. Par ailleurs, les solutions de mesure sans contact offrent une liberté supplémentaire en termes de taille d’échantillon, de configuration expérimentale et de réutilisation. D’un autre côté, les extensomètres à contact sont bien connus pour être une technologie de mesure de la déformation robuste et fiable. Les extensomètres permettent également d’obtenir des taux d’acquisition de données plus élevés qu’un système DIC dont les images peuvent nécessiter un espace de stockage de données important et du temps pour les traiter.
Le laboratoire de la Dre Vermaak peut compter sur le soutien de ses partenaires de systèmes d’essais et de systèmes DIC en matière d’ingénierie, d’application et d’intégration, grâce auquel la collecte, la synchronisation et l’analyse des données avec ces systèmes sont précises et efficaces.
