Analyse de la tenue mécanique d'un liner en titane : apport des mesures de champs cinématiques

A titanium liner mechanical analysis : contribution of field measurements

• Auteur / Autrice : Florent Mathieu
• Direction : François Hild
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil
• Date : Soutenance le 20/02/2013
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Michel Grédiac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Aubin, Jean Duval, Jean-Louis Dodelin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Crépin, Pierre Vacher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fissuration

Propriétés mécaniques

Titane

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Corrélation d'images numériques

Fissuration

Identification

Digital image correlation

Crack propagation

Identification

Résumé

Les techniques de mesure de champs, et en particulier celles basées sur la Corrélation d’Images Numériques (CIN), sont matures et reconnues pour la détermination de déplacements d’objets quelconques, en deux ou trois dimensions. Ces travaux ont pour objet le développement d’essais et de techniques d’identification associées, en s’appuyant sur les méthodes de mesure par CIN, pour permettre l’évaluation des caractéristiques mécaniques d’un liner en titane T35, développé pour des applications spatiales. Des essais de traction uniaxiale sont tout d'abord utilisés pour déterminer le comportement élastoplastique du T35. Plusieurs méthodes d'identification sont comparées. En particulier, il est proposé d'étendre la corrélation d'image dite "intégrée" aux cas élastoplatiques. Cette méthode permet d'évaluer à la fois les déplacements du solide observé et les paramètres mécaniques des matériaux le constituant. Elle est comparée à une méthode de recalage de référence. L'étude se porte ensuite sur l'analyse de l'amorçage des fissures dans le liner. Les chargements cycliques du réservoir imposent à la tôle une déformation biaxiale cyclique en traction-compression de quelques pourcents, qui a été reproduite expérimentalement dans une machine multiaxiale. Cette partie a notamment nécessité le développement d’un essai triaxial à rapport de charge négatif sur tôle mince. Une estimation de la limite d'amorçage a été obtenue pour les niveaux de déformation visés. Enfin, la fissuration du liner a été étudiée par des techniques d'analyse dédiées. Certaines de ces techniques sont comparées quantitativement, afin d'étudier leurs capacités et limitations respectives. Des lois de propagation de type Paris ont été identifiées directement à partir d'images du voisinage de la fissure.

Field measurement techniques, and more particularly those based on Digital Image Correlation (DIC), are mature techniques for the determination of displacements of two or three-dimensional objects. The goal of this work is to develop test and associated identification DIC-based techniques to identify the mechanical behavior of a commercially-pure titanium liner, conceived for spatial applications. Uniaxial tensile teste are first used to identify the elasto-plastic behavior of this material. Several identification methods are compared. It is especially proposed to extend said "integrated" Digital Image Correlation to elasto-plastic cases. This methods allows to identify directly the displacement of the observed solid and the mechanical parameters of the constituting material. It is compared to a reference updating method. The crack initiation is then studied in this material. Some zones of the liner will be submitted to a plastic cyclic deformation, that has to be reproduced experimentally. A dedicated test has been conceived, allowing to apply a negative load ratio to the thin sheet. An estimation of the initiation limit has been obtained for this material. Finally, the crack propagation in the liner has been studied, using dedicated techniques. Some of these have been quantitatively compared, to study their respective capabilities. Paris' propagation laws have been identified directly from a set of raw images of the crack tip vicinity.