Development and implementation of a full-field strain measurement method at the micrometric scale
Développement et mise en oeuvre d'une méthode de mesure de champs de déformation à l'échelle micrométrique
Résumé
This work deals with the development of a full-field measurement method of plane strain at the micrometric scale. The kinematic measurement is done thanks to the so called « grid method » that analyzes the deformation of a periodic pattern deposited onto the surface to study. To produce gratings, the direct interferential photolithography is used. To observe and digitize these gratings, the choice has been to use a white-light interferometric microscope which allows to get the 3D topography of the surface of interest. A noise study has been carried out in order to optimize the making of gratings regarding their mechanical application. Moreover, the application of rigid body motions has pointed a spatial correlation of the noise that cannot be ignored. Thus, and by paying a particular attention to the experimental realization of the mechanical tests, the strain resolution obtained is from 1 to 2×10−3 for a spatial resolution about 20 μm. A first application concerning the study of elasto-plastic strains of a ferritic steel coupon has permitted to validate the current approach, to fit it to the study of larger regions of interest and to underline its advantages but also its limitations.
Ce travail de thèse présente la mise au point d'une méthodologie de mesure de champs de déformations planes à l'échelle micrométrique. La mesure cinématique est faite par une méthode de grille qui analyse les déformations d'un réseau périodique attaché à la surface à étudier. Les grilles ont été réalisées par photolithographie interférentielle directe. Pour l'observation et la numérisation des réseaux, le choix s'est porté sur la microscopie interférométrique en lumière blanche qui donne accès à la topographie 3D de la surface d'intérêt. Une étude de bruit à permis d'optimiser la réalisation des réseaux pour l'application mécanique auxquels ils étaient destinés. Par ailleurs, l'application de déplacements de corps rigide a permis de mettre en évidence un problème de corrélation spatiale de ce bruit qui ne pouvait être ignoré. Ainsi, et en apportant un soin particulier sur la réalisation expérimentale des essais mécaniques, la résolution en déformation obtenue est de l'ordre de 1 à 2×10−3 pour une résolution spatiale d'environ 20 μm. Une première application concernant l'étude des déformations élasto-plastiques d'un acier ferritique a permis de valider la présente méthode, de l'étendre à l'étude de régions d'intérêt de plus grandes tailles et d'en souligner les points forts mais aussi les limites.
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