Dispositifs in-situ de sollicitation mécanique

Transcription

1 Journée GISMA sur la tomographie Mardi 31 Mars 2015, Grenoble Dispositifs in-situ de sollicitation mécanique Jérôme ADRIEN

2 Deux types de tomographes Synchrotron Tomographe de laboratoire Cahiers des charges différents Acquisitions rapides contraintes : - câbles - répartition des masses Faisceau conique contraintes : - encombrement (adapté à la résolution) Faible flux de photons contraintes : - atténuation enceinte

3 Monotone Traction / compression Traction à chaud Double torsion Pression hydrostatique Pression hydrostatique + compression Synchrotron Laboratoire Essais interrompus Ou continus Essais interrompus Cyclique Fatigue Fatigue à chaud Fatigue torsion Synchrotron Laboratoire Essais interrompus

4 Traction Compression (Synchrotron - laboratoire) Moteur pas à pas + vis sans fin Charge maxi. 5000N Vitesse : 0.1 µm/s à qqs mm/s Dépl maxi : environ 20 mm Tubes: PMMA, Aluminium, composite carbone / epoxy

5 Traction Compression (Synchrotron - laboratoire) 20 scans / Sec. Charge maxi. = 2 KN Taille de voxel < 1µm tomographe RXNano Charge maxi. > 2 KN Grande vitesse Haute résolution

6 Micro Presse 4,5 KN NOVITOM (Synchrotron) Capacité 4.5 kn Course : 20 mm Vitesse : 1 µm 0.3 mm/s Précision : ~ 1 µm Essais de compression in-situ non interrompus (ID19 ESRF 03/2015)

7 Thèse Paul Leplay Double torsion (Laboratoire) Propagation de fissures dans des matériaux céramiques Capteur de force miniature, pilotage en déplacement

8 Pression hydrostatique (Synchrotron, Laboratoire) charge Pression ~ 500 bar taille maxi. Ech = 4*4*4 mm Joint d'étanchéité Eau Joint d'étanchéité

9 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane - Etat initial

10 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane - 60 bar Sphere cassée

11 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane bar

12 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane bar

13 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane bar

14 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane bar

15 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane bar

16 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane bar

17 Mousse syntactique avec matrice polyuréthane - après décharge Sphères cassées de nouveau ouvertes

18 Presse «Triaxiale» 3SR (Laboratoire) Echantillon dans membrane flexible Pression hydraulique Éch. Ø11mm * H 22 mm MPa / Éch. Ø1mm * H 2 mm MPa + Compression axiale KN (bientôt 15)

19 Pression hydrostatique + compression (Synchrotron, «Laboratoire») Pression < 50 MPa Arrivée d huile (pompe manuelle) Enceinte en carbone sous pression accueillant l échantillon Comp. maxi. < 2 KN Moteur pas à pas Capteur de pression Capteur de force

20 Traction à chaud - SIMAP (Synchrotron) Connecteur tournant Chauffage par inducteur => impossible en tomo de labo (interaction avec la source) Force max. 120N (capteur 50N, 100N) Vitesse 0.1µm/s -1mm/s Course 20mm Tubes : quartz, polymère (PC), fibre carbone Fonctionnement raisonnable uniquement en traction Eprouvettes dia. 2mm collées dans tubes alumine (lesquels sont goupillés) Zone utile: diamètre entre 0.5 et 1.2 mm

21 Fatigue (Synchrotron) Permet le cyclage d'éprouvettes entre les scans 5 cm Traction / traction Fréquence maxi. 50 Hz Charge maxi. 5 KN Buffiere et al. Mat. Sc. Tech. 22 (9), 1019, 2006

22 Fatigue (Synchrotron - laboratoire) éprouvette Capteur de force Tube aluminium Charge maxi 1KN Taille voxel max.= 2,5 µm mors Moteur + excentrique Tube RX Platine de rotation (Thèse J. Lachambre) Système hydraulique

23 Suivi de la propagation des fissures par corrélation d'image numérique 3D Matériau : fonte GS - 14 % fraction volumique sphéroides de graphite

24 Fatigue à chaud (Thèse S. Dézécot) Température de cyclage jusqu'à 300 c Cyclage à Δσ = cte Fréquence 15 Hz Temps de scan 40s Taille de voxel 2,75 µm Al 2 Cu Si eutectique Micro-retassure Intermétallique au fer Paganin Classique Reconstruction Paganin identification des différentes phase intermétalliques (+ Si)

25 Fatigue à chaud 0c_249N c 1c_264N 2c_275N 20c_268N 10c_257 N 5c_260N 30c_236N 40c_215N 50c_62N

26 Fatigue Torsion Fréquence 20 Hz Essais à Δτ = cte Couple max 1N.m -1

27 Fatigue Torsion

28 Conclusions Éléments clés : Actionneurs - compacts - adaptés à la charge nécessaire Capteurs - Force, pression Connectique - possibilité de passer par un connecteur tournant A partir de là de nombreuses adaptations sont possibles selon les besoins (sollicitations, matériaux, géométries éprouvettes)

29 Fatigue Torsion MEB Tomographie

30 Traction biaxiale + cisaillement (Laboratoire) Thèse P. Badel

31 Solution :support en bois scanné avec l'objet