Mark Menzuber, chef de marché chez MTS, et Scott Anderson, ingénieur d’application principal chez MTS, font le point sur les options et les tendances en matière de mesure de la déformation sans contact.
Q : Quelles sont les solutions de mesure de la déformation sans contact ?
M. Menzuber : les dispositifs traditionnels de mesure de la déformation, comme les jauges de déformation et les extensomètres à clipser, doivent être fixés à l’éprouvette, tandis que les méthodes sans contact associent des lasers ou des caméras numériques à des systèmes d’enregistrement et à des techniques de mesure d’image éprouvées. Ensemble, ces technologies d’imagerie et ces techniques de mesure peuvent calculer avec précision les déplacements multiaxes, les déformations et les vitesses de déformation de n’importe quel élément à l’essai. Scott, pourriez-vous nous en dire un peu plus sur chaque type de technologie de mesure ?
S. Anderson : bien sûr, Mark. Les solutions de déformation sans contact (NCSS) les plus simples sont unidimensionnelles (1D) et mesurent la distance entre deux points, ou marques, sur l’échantillon testé. Ces solutions 1D sont utilisées pour la mesure de la déformation en traction/compression point par point et pour le déplacement d’ouverture de fissure (COD). Les technologies les plus couramment utilisées aujourd’hui pour ce type de NCSS sont les lasers, les scanners linéaires optiques et les logiciels de corrélation d’images numériques (DIC).
Des extensomètres sans contact sont également utilisés pour les mesures 2D (X, Y). Ces appareils mesurent les déformations axiales moyennes, les déformations axiales transversales (pour les valeurs r, n et k), les mesures de cisaillement et la propagation des fissures.
Les mesures de déformation 3D (X, Y, Z) ont besoin d’une capacité d’imagerie stéréoscopique avec au moins deux ensembles d’optiques observant le même objet à une distance fixe l’un de l’autre, pour déterminer les mesures verticale (Y), horizontale (X) et hors du plan (Z). Ces technologies 3D permettent aux utilisateurs de se servir d’un puissant logiciel DIC pour mesurer le déplacement, la déformation et la vitesse de déformation en plein champ.
Q : Pourquoi utilise-t-on des dispositifs de mesure de la déformation sans contact ?
M. Menzuber : bien qu’il existe de bonnes raisons d’utiliser des extensomètres à contact traditionnels, la mesure de la déformation sans contact peut souvent améliorer la précision des données et faire gagner du temps.
Avec une solution de déformation sans contact, les données d’essai ne sont pas compromises par le poids ou les arêtes vives d’un dispositif de contact sur l’échantillon. Cette absence d’interférence est particulièrement importante lorsque l’on travaille avec des échantillons mous ou délicats.
L’enregistrement d’images identifie clairement les emplacements de défaillance des échantillons, offrant la possibilité de revoir et d’améliorer les données d’essai, principalement grâce à des ajustements de mesure après essai. Savoir précisément comment l’échantillon se comporte permet d’obtenir des données précises en effectuant moins d’essais et de gagner du temps. Les données physiques enregistrées peuvent également être traitées ultérieurement et utilisées pour créer, valider ou même améliorer des modèles FEA (Analyse par éléments finis) existants de certains matériaux.
Les solutions de mesure de la déformation sans contact peuvent donc facilement recueillir des données précises et complètes. Par ailleurs, le besoin de données plus détaillées sur les performances des éprouvettes, en particulier lors de l’évaluation de nouveaux matériaux composites et d’autres matériaux avancés ou d’éprouvettes ayant des formes uniques, explique pourquoi la demande de solutions sans contact est si forte.
Q : Avez-vous des exemples de données plus complètes qui permettent de mieux comprendre les éprouvettes ?
S. Anderson : en général, les utilisateurs de systèmes de contrôle qualité (CQ) veulent rationaliser leurs essais et améliorer le nombre d’essais qu’ils peuvent effectuer en une journée avec une machine d’essai et un opérateur. Pour ces applications où le matériau est homogène, planaire et isotrope, un extensomètre axial 1D facile à utiliser représente un gain de temps incroyable, car il n’a pas besoin d’être fixé à l’échantillon entre les essais.
Pour les travaux de développement ou de recherche où le matériau/l’échantillon peut ne pas être homogène, planaire et isotrope (comme un matériau composite, un matériau fabriqué de manière additive ou une petite structure/un petit dispositif), il peut être possible d’améliorer la productivité du laboratoire d’essais en capturant visuellement les mécanismes de défaillance. Lorsque cela est fait dès la conception, le nombre d’essais requis peut être considérablement réduit. En utilisant un système 2D (caméra unique biaxiale) ou 3D (système stéréoscopique), l’utilisateur recueille beaucoup plus d’informations à partir d’un seul essai.
Les essais de matériaux de base effectués avec un système optique unique 2D peuvent facilement fournir des informations sur les déformations axiales et transversales afin de déterminer le coefficient de Poisson et les valeurs r, n et k. En incluant un enregistrement vidéo de l’essai, les responsables du laboratoire et les commanditaires de l’essai peuvent obtenir des preuves tangibles des résultats de l’essai.
Q : La tendance à utiliser la mesure de la déformation sans contact se retrouve-t-elle sur tous les marchés et dans toutes les applications des essais de matériaux ?
M. Menzuber : grâce aux développements relativement récents des processeurs informatiques et de la technologie des objectifs numériques haute résolution, les solutions de déformation sans contact sont devenues plus faciles à utiliser et plus abordables et constituent donc un choix viable pour tous les domaines des essais de matériaux. Désormais, les responsables de laboratoire peuvent tirer parti des technologies de mesure de la déformation sans contact pour améliorer la précision des données et la productivité du laboratoire. Aujourd’hui, de nombreuses solutions sont disponibles afin qu’ils puissent trouver les options qui conviennent le mieux à leurs défis uniques en matière d’essais.
Q : En quoi l’approche de MTS en matière de solutions de déformation sans contact est-elle unique ?
M. Menzuber : nous sommes conscients que choisir la meilleure solution de déformation sans contact pour un laboratoire donné dépend de nombreux facteurs, notamment les applications, les matériaux et le niveau d’expertise de l’opérateur d’essai. Compte tenu de ces variables, la meilleure solution nécessite souvent une expertise en intégration de systèmes. Par conséquent, la responsabilité de MTS envers ses clients est de comprendre les avantages et les inconvénients de toutes les technologies NCSS, d’axer les conversations initiales sur les besoins spécifiques de leurs applications, puis de recommander la solution optimale pour l’ensemble des besoins de leur laboratoire. Ce n’est que lorsque nous avons compris l’ensemble des objectifs que nous recommandons une solution NCSS. Parfois, cette proposition inclura un produit NCSS de MTS, mais souvent nous nous appuierons sur l’une de nos nombreuses relations avec des équipementiers NCSS et collaborerons pour trouver une solution intégrée qui répondra au mieux aux besoins de ce client.
Q : Donc, MTS peut proposer n’importe quelle capacité NCSS sur le marché ?
S. Anderson : oui, nous travaillons en étroite collaboration avec tous les principaux fournisseurs de solutions sans contact afin de proposer la meilleure solution en fonction des besoins spécifiques de chaque client. Nous savons comment intégrer des dispositifs de mesure de Correlated Solutions, GOM, Trilion, Match ID et de bien d’autres fournisseurs à nos systèmes d’essais afin d’offrir une expérience d’essai intégrée et fluide. C’est en développant notre expertise en intégration avec une variété de solutions sans contact que nous pensons pouvoir aider au mieux nos clients.
Q : Comment MTS aide-t-elle à fournir une solution d’essais intégrée ?
M. Menzuber : nous avons constitué une équipe centrale d’ingénieurs d’application et d’experts en intégration de systèmes qui se tiennent au courant des technologies de mesure de la déformation sans contact. Cette équipe prend tout en compte, de la compatibilité des systèmes à l’intégration et à la synchronisation des données d’essai. Grâce à notre importante base de connaissances de plus en plus étendue sur les produits et les applications NCSS, nous pouvons être à l’écoute des exigences d’un client en matière d’essais et d’analyse de données, réfléchir à diverses solutions disponibles sur le marché et aider à trouver la solution appropriée aux besoins spécifiques de l’application.
Q : Et qu’en est-il des besoins du testeur AQ/CQ ? Les solutions sans contact ne sont-elles pas démesurées pour ces essais plus simples ?
S. Anderson : leur complexité par rapport aux dispositifs de mesure de la déformation avec contact a été l’un des inconvénients de l’utilisation de solutions sans contact pour les essais AQ/CQ. Nous disposons désormais de solutions remarquablement simples à configurer et à utiliser pour les essais de fatigue monotones ou axiaux. Ces solutions nécessitent très peu d’intervention de l’opérateur entre les essais et conviennent donc parfaitement aux environnements à haut débit que l’on trouve dans les essais AQ/CQ.
Q : Et pour les chercheurs en matériaux ? Quelles solutions existe-t-il pour ceux qui font de la recherche et du développement ?
S. Anderson : pour les chercheurs en matériaux, l’intégration, la synchronisation et l’analyse précises des données sont des exigences de base essentielles. C’est à ce niveau qu’intervient MTS, qui travaille en étroite collaboration avec les fournisseurs de solution 3D pour aider ses clients à répondre à leurs besoins en matière de corrélation d’images numériques, de mesure plein champ de la déformation, de relecture vidéo, d’analyse après essai et de comparaison de modèles FEA (Analyse par éléments finis). Nous travaillons avec des experts dans ce domaine pour nous assurer que l’ensemble de la configuration du système d’essais du client fournit les résultats dont il a besoin.
