Détermination des contraintes internes par méthode dynamique résonante : application aux massifs revêtus

Determination of Internal Stresses by Dynamic Resonant Method : Application to Coated Materials

• Auteur / Autrice : Mohamed Achraf Ben Dhia
• Direction : Christophe Coupeau, Pascal Gadaud, Xavier Milhet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 09/12/2016
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime- ENSMA
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Grosseau-Poussard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Djemia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Langlade, Manuel François

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôts physiques

Flexion (mécanique)

Contraintes (mécanique)

Résonance

Éléments finis, Méthode des

Simulation par ordinateur

Poutres

Construction mixte

Mots clés libres

Méthode dynamique résonante

Formalisme vibratoire

Dynamic resonant method

Vibratory formalism

Résumé

L’objet de ce travail de thèse consiste à utiliser un formalisme vibratoire pour la détermination de contraintes dans les dépôts à l’aide de la méthode dynamique résonante. Ceci a nécessité le développement d’un formalisme vibratoire adapté aux massifs revêtus, en reliant le niveau de contrainte à la variation des fréquences de résonance mesurées. L’étude a été effectuée en menant trois approches en parallèle : numérique, analytique et expérimentale. En premier lieu, nous avons réalisé des simulations numériques par éléments finis, afin de déterminer la distribution de contraintes dans l’épaisseur d’une poutre composite contrainte et d’évaluer l’effet de ces profils de contraintes sur la fréquence de résonance. Les résultats numériques ont permis d’optimiser le développement d’un nouveau formalisme vibratoire analytique. Pour valider ce dernier formalisme, il nous a fallu l’appliquer sur des dépôts réels,en confrontation avec les résultats d’autres méthodes de mesures de contraintes (DRX/Stoney). Cette confrontation numérique-analytique/expérimentale a révélé que la méthode dynamique résonante est pertinente pour des systèmes de dépôts ayant des rapports d’épaisseur supérieur à0,01.

The aim of this work is to use a new vibratory formalism in order to determine the level of internal stresses in coated materials using the dynamic resonant method. This requires the improvement of vibratory formalism, which allows to link the stress level to the variation of resonance frequency in free flexural mode. This study was conducted by doing three different approaches: numerical, analytical and experimental measurements in real coating. Numerical simulations were conducted by finite element method in static mode to determine the stress distribution in depth. Furthermore, we made other numerical simulations in dynamic mode to evaluate the effect of these static results on the resonant frequency, in comparison with those of coated material without stress. At this stage, these numerical studies let us to develop the vibratory formalism analytically. To validate this latter formalism, we applied it in a real coating for measuring the stress level and we made comparisons with results from others methods(DRX/Stoney). This confrontation (numerical-analytical/experimental measurements) found that dynamic resonant method is efficient for coated material having a thickness ratio moreimportant than 0,01.