Characterization and quantification of surface by using the stereo correlation technique concerning quasi static experiments up to ultra high speed tests
Caractérisation et quantification de surfaces par stéréocorrélation pour des essais mécaniques du quasi statique à la dynamique ultra-rapide
Résumé
The use of optical methods is growing in the field of solid mechanics. In particular, the stereocorrelation technique is appealing because its use is reasonably easy, it is a non intrusive method, and its spatial and temporal resolutions are usually very good. In this work, the stereocorrelation technique is utilized for different types of loading rates concerning quasi static experiments up to ultra high speed tests. This important field of application requires the development of several specific tools to obtain quantitative results (e.g., shape, displacement and strain fields). Special methods for the calibration and optical distortions corrections are implemented. A new registration method is also introduced to deal with low spatial / high temporal resolutions. To perform the spatial matching, a correction method associated with large displacement levels, based on a numerical simulation, was developed. To characterize the method, several tests are analyzed, namely, quasi static compression on a composite material, quasi static tensile test on a tantalum plate, dynamic tensile tests on aluminum alloy samples. The main high speed experiments studied herein are cylinder expansions. For this type test, a representative synthetic case is first considered to characterize the a priori performance of the technique under very difficult experimental conditions. The technique is subsequently applied to the analysis of field data. For all the applications, the reconstruction uncertainty is quantified so that the roughness of the reconstructed surface can be estimated and, thus, the necking phenomena.
Depuis un certain nombre d'années, les méthodes optiques s'imposent dans le domaine de la mesure. Plus particulièrement, la technique de stéréo-corrélation d'images est souvent utilisée en raison de sa facilité de mise en oeuvre, de son caractère non intrusif et de sa bonne résolution spatiale couplée à un suivi temporel. Dans cette thèse, nous mettons en application la technique de stéréo-corrélation pour différentes vitesses de sollicitation allant du quasi statique à la dynamique ultra-rapide, cette dernière étant appliquée dans le cadre d'expérience de détonique. Cette large gamme d'expérimentations nous impose de développer des outils spécifiques afin d'obtenir des résultats quantifiés. Ainsi, nous avons mis au point des méthodes de correction des distorsions optiques et de l'étalonnage. Nous avons également développé une nouvelle technique d'association capable de traiter des images de faible dimension. Afin d'améliorer l'association, des méthodes de correction des grands déplacements, basées sur l'image elle-même ou un calcul hydrodynamique prédictif, ont été élaborées. Afin de valider l'ensemble de notre approche, nous la mettons en application lors de divers essais : compression quasi statique sur un matériau composite, traction lente sur une plaque en tantale, traction rapide sur des échantillons en aluminium. Enfin, nous nous intéressons à nos applications principales de dynamique ultra-rapide : l'expansion et le relèvement de cylindre. Pour ce dernier point, un soin particulier est apporté à l'élaboration d'un cas de synthèse représentatif de nos expériences. Ceci, dans le but de caractériser les performances de notre approche dans des conditions expérimentales sévères. Dans tous les cas, nous donnons les incertitudes de reconstruction afin de quantifier au mieux la rugosité de la surface et, par conséquent, le phénomène de striction.