Mesures de forme, de déplacement, et de paramètres mécaniques parstéréo-corrélation d’images isogéométrique

Shape, displacement and mechanical properties from isogeometric stereo-correlation.

• Auteur / Autrice : John-Eric Dufour
• Direction : François Hild
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides
• Date : Soutenance le 26/10/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Wattrisse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Hild, Bertrand Wattrisse, Jean-José Orteu, Pierre Vacher, Julien Réthoré, Frédéric Laurin, Julien Schneider
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-José Orteu, Pierre Vacher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse isogéométrique

Modélisation tridimensionnelle

Théorie des splines

Mots clés libres

Corrélation d'images

Identification

Nurbs

Digital image correlation

Identification

Nurbs

Résumé

Ces travaux de thèse sont dédiés à la mesure de formes 3D, de champs cinématiques 3D surfaciques et à l'identification de paramètres mécaniques à partir de mesures par corrélation d'images. Cette méthode optique se base sur l'utilisation de caméras comme support de la mesure. Pour cette raison, une étude des différents modèles de caméra classiquement utilisés est effectuée, puis le passage d'un formalisme continu pour la description des images à une approche discrète utilisant la notion de pixel est décrit. Une attention particulière est portée aux distorsions optiques et une approche utilisant la corrélation d'images pour les évaluer est développée. Une nouvelle méthode de mesure de forme 3D et de champs de déplacements 3D surfaciques par stéréo-corrélation d'images est introduite. Elle utilise un modèle numérique de l'objet observé comme support pour la corrélation. Cette méthode mène à une formulation globale de la stéréo-corrélation. Elle peut être écrite dans le cas général et particularisée à des surfaces NURBS (non-uniform rational B-splines). Le champ de déplacement est également exprimé dans un formalisme NURBS complètement cohérent avec le modèle géométrique utilisé pour définir la forme observée. Des mesures sont validées en utilisant des mouvements imposés à un carreau de Bézier usiné. La faisabilité de la technique dans plusieurs cas industriels est également étudiée avec, par exemple, la mesure des déplacements d'une pièce composite de train d'atterrissage chargée mécaniquement. Enfin, à partir de cette formulation isogéométrique de la mesure de champs, une étude de la caractérisation de propriétés élastiques est effectuée. Deux méthodes inspirées d'approches existantes sont ainsi proposées, utilisant des mesures de champs et des calculs numériques dans un formalisme isogéométrique pour identifier des paramètres de loi de comportement élastique isotrope sur un cas test numérique et pour un essai de traction uniaxiale.

This thesis is dedicated to measurement of 3D shapes, 3D kinematic fields on surfaces and identification of mechanical properties from digital image correlation measurements. This optical method uses cameras as measurement tools. For this reason, a study of the classical camera models used is performed and the description of the digitalization of an image from a continuous to a discrete formalism using the pixel is described. A specific work is dedicated to optical distortions and a method based on digital image correlation to evaluate these distortions is developped.A new method for 3D shapes and 3D displacement fields on surfaces using stereo-correlation is introduced. A numerical description of the observed object is used as a support to perform the correlation. This method lead to a global approach to stereo-correlation. It can be rewrite in a generic case or in particular to be applied to NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) surfaces. The displacement fields is therefore expressed in a NURBS formalism which is completely consistent with the geometrical model used to described the observed shape. Measurements are validated using prescribed motions on a Bezier patch. The feasibility of such a technique in several industrial cases is then studied with for example the measurement of the displacement of a composite part of a landing gear under mechanical loading.Finally, from this isogeometric formulation of full-field measurement, a study of the identification of elastic properties is performed. Two methods inspired from existing approaches are proposed, using full-field measurement and numerical simulations in a common isogeometric formalism to identify parameters of an isotropic linear elastic constitutive law on a both a numerical test case and a uniaxial tensile test.