Développement d'une technique de tomographie par découpage optique rotatif pour la mesure résolue en temps de champs cinématiques 3D par corrélation d'images volumiques

par Pierre Morandi

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Le président du jury était Michel Grédiac.

Le jury était composé de Fabrice Brémand, Jean-Christophe Dupré, Jean-Benoît Le Cam.

Les rapporteurs étaient Pierre Vacher, Christophe Poilâne.


  • Résumé

    Pour l'étude d'une structure solide ou d'un matériau, l'analyse expérimentale permet d'obtenir des grandeurs mécaniques qui permettent de comprendre leurs comportements ou encore de valider des résultats issus d'une simulation numérique. Ces grandeurs peuvent être de différentes natures (contraintes, déformations...) et être localisées de différentes manières dans l'espace (2D, 3D) et dans le temps (statique, dynamique). Le bilan des techniques actuelles d'analyse expérimentale en mécanique des solides révèle un besoin concernant l'acquisition d'une structure en tous points avec une résolution élevée à la fois spatialement et temporellement. L'objectif des travaux menés au cours de cette thèse est le développement d'une nouvelle technique d'acquisition capable d'acquérir un volume de matière de quelques centimètres de côté en moins d'une seconde avec une précision spatiale inférieure à 0.1mm. Les volumes obtenus doivent avoir une qualité suffisamment élevée pour être couplés à la technique de Corrélation d'Images Volumiques (DVC) permettant d'obtenir les déplacements ainsi que le tenseur des déformations de Green-Lagrange complet au coeur de la matière. Un nouveau procédé d'acquisition baptisé Optical Rotating Scanning Tomography (ORST) et basé sur le découpage optique a été développé. Après l'avoir décrit mathématiquement, un système spécifique synchronisé avec une caméra rapide a été conçu. La méthode a été appliquée sur deux essais mécaniques : traction continue et contact entre un galet roulant et un bloc. L'analyse des résultats a montré que l'ORST est capable d'analyser l'évolution des champs de déformations à la fois au coeur du volume et résolue en temps.

  • Titre traduit

    Development of a new optical rotating scanning tomography method adapted totime-resolved kinematic fields measurement by digital volume correlation


  • Résumé

    To study of a solid structure or a material, an experimental analysis can be used to get mechanical fields in order to understand the mechanical behaviour or to validate simulation results. Different kind of fields can be obtained (stress, strain) in different spatial (2D, 3D) or temporal referential (static, dynamic). Current techniques are not able to acquire the whole volume of a structure with a high spatial and temporal resolution. The objective of this work is to develop a new volume acquisition technique able to capture a volume with a characteristic edge size of several centimetres in less than 1 second with a spatial accuracy less than 0.1mm. Reconstructed volumes need to have a good quality to be used with the Digital Volume Correlation (DVC) in order to provide displacement fields and the full Green-Lagrange tensor in the whole volume. A new acquisition technique called Optical Rotating Scanning Tomography (ORST) based on the optical scanning technique has been developed. A mathematical description has been achieved and then a special device has been manufactured. This device is synchronized with a high speed CCD camera in order to perform time-resolved acquisition. This new technique has been used to study two mechanical tests. The first is a traction test with a continuous loading, and the second concerns a wheel rolling over a solid bloc. Experimental results of these applications show that ORST technique is able to analyse displacement and strain fields in the whole volume and in a time-resolved way.


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