ANALYSE ET CARACTÉRISATION DU COMPORTEMENT DES MATÉRIAUX

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1 ANALYSE ET CARACTÉRISATION DU COMPORTEMENT DES MATÉRIAUX

2 LES DÉFIS DE L ÉCHELLE DU VER Objectif principal : Comprendre et Identifier le comportement du matériau le plus précisément possible et pour le plus grand nombre de trajets de chargement envisageables alimentation de modèles de comportement Questions ouvertes : Quelle est l échelle du VER? Comment rendre compte des C.L réelles de l essai? Analyse-ton le matériau ou une structure? Des essais pour en faire quoi? 2

3 L ÉCHELLE LA PLUS PETITE Tomographie : Arrivé en novembre 2012 au LMT, permet une compréhension fine des phénomènes et mécanismes physiques au sein du matériau 3

4 L ÉCHELLE LA PLUS PETITE Tomographe : Caractéristiques majeures Dim. max de la zone observable : 200 mm 200 mm Dim. max échantillons : Ø 260 mm 1000 mm de haut Epaisseurs max traversables Béton : 10 cm Fonte : 4 mm Taille minimale du voxel après reconstruction : 1 µm Temps d acquisition : de 20 minutes à 7 heures Possibilité d essai in-situ [Bouterf et al 15] 4

5 L ÉCHELLE LA PLUS PETITE Corrélation d images Volumique Référence U y Déformée ε eq Caractérisation d interfaces peut-être appliqué au cas du renforcement TFC par exemple 5

6 L ÉCHELLE LA PLUS PETITE Le futur proche : véritable machine in-situ Traction-Compression-Torsion Jusqu à 20 kn Pilotage déplacement Course de déplacement axial de 50 mm Vitesse de déplacement de 0.01mm/min à 1.0mm/min Couple max ± 0.1kNm Course en mouvement de rotation pour l effort de torsion de ± 40 Echantillon Compression Φ max = 50 mm h max = 100 mm Traction h max = 120 mm 6

7 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Flexion 3 points poutre entaillée [Heitz, Akiki] Énergie de fissuration Mesures de champs et mesure locale Cinétique et topologie de la fissuration précises 7

8 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Essai sous chargement complexe [Carpuic 15] Utilisation de l hexapode 8

9 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Essai sous chargement complexe [Carpuic 15] Verifica:on# 6#LVDTs# Pilotage# machine# Stereo#CIN# 2D#CIN# y # x # z # Mesures utilisées 9

10 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Essai sous chargement complexe [Carpuic 15] 10

11 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Essai sous chargement complexe [Carpuic 15] [mm] [mm] 100 Uz [µm] CL Mesurées Utilisation de la corrélation d images pour : Extraire le chargement réellement appliqué aide pour modélisateur Pilotage de l essai permet de contrôler le pilotage Identification de modèles corrélation intégrée Essai hybride interaction essai/simulation 11

12 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Essai hybride avec hexapode [Carpuic 15] Trajet de fissuration désiré U z U y U=f(K I,K II ) U z =1 U y =1 Pointe fissure Fonctions de forme type Williams Mise à jour de la géométrie 12

13 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Adaptation d un essai d adhérence -50 Pull-out test classique Etat de contraintes non homogène Confinement latéral Mesures globales Contrainte laterale, MPa Pull-Out test with three bars Classical Pull - Out test Distance of bars, m Essais PIAF LMT [Ouglova et al. 2007] Cisaillement sur l interface Corrélation d images possible 30 cm 20 cm contrainte moyenne (MPa) 20 mm essai LMT essai Pull-out déplacement/déplacement maxi 13

14 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE UX Analyse par Corrélation d Images barre F UY béton 1 cm 1 pixel 62,5 µm interface Iso-valeurs de déplacement UX en pixels (contrainte d adhérence = 0,3 MPa). Iso-valeurs de déplacement UX en pixels (contrainte d adhérence = 0,45 MPa). interface Identification propre de l interface résistance résiduelle dissipation d énergie Iso-valeurs de déformation UX en pixels (contrainte d adhérence = 0,3 MPa). Iso-valeurs de déformation UX en pixels (contrainte d adhérence = 0,45 MPa). 14

15 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Influence du confinement latéral 12 3 Load (kn) MPa 2.5 MPa 0 MPa 1 MPa Ultime shear stress (MPa) displacement (10-6 m) Lateral confinement (MPa) 15

16 À L ÉCHELLE D UNE ÉPROUVETTE Influence de la rugosité Ux Uy ribbed smooth corroded Loading (kn) Displacement (mm) 16

17 UNE ÉPROUVETTE PLUS GRANDE Essai de traction sur un tirant B.A. [Heitz 14] Multi-fissuration par redistribution de contraintes le long d une interface acier/béton 17

18 UNE ÉPROUVETTE PLUS GRANDE Essai de traction sur un tirant B.A. Corrélation Images Images tomographe Analyse qualitative de la dégradation de l interface et développement de la fissuration transverse 18

19 ET LES ASPECTS DYNAMIQUES? Quelle dynamique? dynamique lente : peu d effets de la vitesse de chargement sur la réponse du matériau. Pour le séisme : influence d un chargement alterné beaucoup plus important dynamique rapide : influence de la vitesse de chargement. Mais à quelle échelle prendre en compte celle-ci? Eprouvette : matériau ou structure? 4 a/ 3 Stress (MPa) 2 ε =0.1 /s 1 Hetero 1 Hetero 2 Hetero 3 Hetero 4 Hetero ,0001 0,0002 0,0003 Strain 4 c/ 3 Stress (MPa) 2 ε =10. /s 1 Hetero 1 Hetero 2 Hetero 3 Hetero 4 Hetero ,0002 0,0004 0,0006 0,0008 Strain 19

20 CHARGEMENT ALTERNÉ Échelle du matériau [Nouailletas 13, Soleilhet] Traction Sim. h 1 θ h 2 Contrainte (MPa) Déformation ( 10 4 ) (a) rotation expérimentale [Vassaux 2015] (b) rotation simulée 20

21 CHARGEMENT ALTERNÉ Échelle d un élément de structure : poutre flexion 3 points [Crambuer 13] Amortissement (%) cycle A : 12 kn cycle B : 21 kn cycle C : 30 kn cycle D : 39 kn cycle E : 6 mm cycle F : 8.1 mm ± 2 mm ± 4 mm Pourcentage de l'effort maximum (%) ± 8 mm 21

22 CHARGEMENT ALTERNÉ Échelle d un élément de structure : rupteur thermique [Nguyen 12] Détermination des mécanismes d endommagement par corrélation d image U 11 U 22 ε 22 22

23 Cela dépend du chargement en compression ET LES ASPECTS DYNAMIQUES? en traction 23

24 DYNAMIQUE UN PEU PLUS RAPIDE Essais de traction dynamique : par fendage Tour de chute Orion du CEA Saclay + essai aux barres de Hopkison (en cours de développement) 24

25 DYNAMIQUE UN PEU PLUS RAPIDE Essais de traction dynamique : par fendage 25

26 DYNAMIQUE UN PEU PLUS RAPIDE Champs déplacement vertical Champs déplacement horizontal 26

27 DYNAMIQUE UN PEU PLUS RAPIDE Essais de flexion dynamique : en cours de montage Utilisation d une caméra ultra-rapide (en cours d acquisition) pour distinguer les effets de structure, des effets matériau 27

28 CONCLUSIONS Les défis de l expérimentation à l échelle du VER : Nécessité de faire des essais à plusieurs échelles. Extraire les données matériaux des effets de structure Identifier les différents mécanismes pour pouvoir alimenter les modèles de comportement vers des essais toujours plus complexes? Rôle important de la mesure effectuée et de sa pertinence pour l identification de modèles Triptyque essai / modèle / simulation Vers le virtual testing? 28