Méthodologie expérimentale d'étude du comportement thermo-mécanique des matériaux sous sollicitations cycliques

par François Maquin

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Fabrice Pierron.

Soutenue en 2006

à Châlons en Champagne, ENSAM .


  • Résumé

    L’utilisation de la température comme variable d’état dans les études de comportement des matériaux, bien que prometteuse, est rarement adoptée. Les difficultés métrologiques expérimentales qui apparaissent, en particulier dans le contexte de la fatigue à grand nombre de cycles, expliquent en partie ce délaissement. L’objectif de cette thèse est de développer une méthodologie expérimentale suffisamment sensible pour détecter les variations d’énergie thermique dissipée lors de la déformation cyclique d’un matériau à des niveaux de contraintes inférieurs à la limite élastique macroscopique. Elle consiste à déterminer les différents termes de l’équation de la chaleur en partant du champ de température acquis à l’aide d’une caméra infrarouge. L’écart type du bruit global de la méthode est de 1 mK. S-1, exprimé en vitesse d’échauffement. Cette résolution est obtenue grâce à un certain nombre de précautions expérimentales, à la prise en compte de l’ensemble des échanges thermiques et à un traitement simple mettant à profit les caractéristiques de la caméra infrarouge matricielle. La procédure expérimentale développée est testée sur un acier à très bas carbone et un aluminium A5. Elle permet en particulier de suivre la dissipation thermique due à l’adaptation microplastique du matériau aux premiers cycles de sollicitations et de distinguer les seuils de passage d’un comportement élastique à viscoélastique puis microplastique. Les performances obtenues devraient permettre de lever une partie des verrous limitant le choix de la température comme variable d’observation du comportement des matériaux.

  • Titre traduit

    Experimental methodology for the study of the thermomechanical behaviour of materials under cyclic loading


  • Résumé

    The use of the temperature as state variable in the studies of materials behavior, although promising, is seldom adopted. The experimental metrological difficulties which appear, in particular in the context of high cycle fatigue, explain this renunciation partly. The objective of this thesis is to develop an accurate experimental methodology able to detect the variations of thermal energy dissipated during cyclic deformation of a material at stress level lower than the macroscopic yield stress. It consists in determining the various terms of the equation of heat on the basis of the temperature field acquired using an infra-red camera. The standard deviation of the total noise of the method is 1 mK. S-1, expressed by heating speed. This resolution is obtained thanks to certain numbers of experimental precautions, by taking into account of the whole of heat exchange and with a simple treatment making profitable the characteristics of the matrix infra-red camera. The developed experimental procedure is tested on very low carbon steel and aluminum A5. It makes it possible in particular to follow thermal dissipation due to microplastic adaptation of material during first cycles of loading and to distinguish the thresholds from passage of an elastic behavior to viscoelastic then microplastic. The performances obtained should make it possible to raise a part of the bolts limiting the choice of the temperature like variable of observation of materials behavior.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (104 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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