Thèse en cours

Fatigue gigacyclique ultrasonique, dynamique non-linéaire, propagation de fissure, traitement du signal non-linéaire
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Auteur / Autrice : Shawn Kiser
Direction : Nicolas Ranc
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Mécanique
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pimm - Laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux
établissement de préparation de la thèse : Paris, ENSAM

Résumé

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La recherche sur le régime de fatigue à très haut cycle (VHCF) est rendue possible par l'utilisation d'essais de fatigue ultrasonore qui permettent d'atteindre en quelques jours des milliard de cycles. Les mesures et analyses classiques sont cependant limitées car peu sensibles à la microplasticité ou aux dommages (microfissures et microvides) qui conduisent finalement à la rupture par fatigue lors de ces essais. Ces mécanismes de fatigue sont donc en pratique difficiles à détecter expérimentalement à un stade précoce. Cependant, les dommages décrits précédemment peuvent présenter un comportement dynamique non linéaire qui peut être exploiter pour surveiller l'apparition d'endommagement par fatigue. Ainsi, les vibrations non-linéaires d'ondes stationnaires dans un l'échantillon de fatigue endommagé sont étudiées dans le contexte de la détection d'endommagement lors d'essais de fatigue ultrasonore. La modélisation de différents phénomènes non linéaires est étudiée à différentes échelles spatiales. Les modèles mésoscopiques d'inclusions microplastiques diffuses et de microfissures se situent à une échelle de longueur du même ordre que la longueur d'onde de la vibration, et sont considérés comme une source potentielle de génération d'harmoniques. L'entrée multi-harmonique fournie par la machine d'essai de fatigue ultrasonique influence de manière significative la sensibilité et le comportement de la génération d'harmoniques des non-linéarités du spécimen. Pour y remédier, un modèle de spécimen de fatigue multi-échelle qui accompagne cette condition limite est utilisé. Le dispositif expérimental est modifié pour inclure un vibromètre laser supplémentaire afin de tenir compte de cet effet. Des algorithmes de traitement du signal permettant l'extraction des paramètres harmoniques expérimentaux sont comparés, et un nouvel algorithme est développé et sélectionné pour sa rapidité et sa précision. Une pénalité non convexe est introduite pour l'identification de systèmes non linéaires guidée par les données, surpassant les algorithmes de pointe existants. Enfin, les signaux de vibration des essais de fatigue par ultrasons des éprouvettes de fatigue en cuivre et en acier dans le régime VHCF sont utilisés pour évaluer la capacité du modèle multi-échelle à modéliser la génération d'harmoniques observée.