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Theses Year : 2015

Determination of the stress field in polycrystalline materials by Laue microdiffraction

Détermination du champ de contraintes dans les matériaux cristallins par microdiffraction Laue

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Abstract

Laue microdiffraction is a powerful technique to characterize the intragranular elastic strain field at the scale of micrometer. Although a standard procedure extracting elastic strain and crystal orientation from Laue image has been well-established, it can suffer from two sources of uncertainties: the determination of peaks' positions and the sensitivity to calibration parameters. In light of the high accuracy of digital image correlation (DIC), we developed the so-called Laue-DIC method which used the peaks' displacements measured by DIC instead of peaks' positions to determine the elastic strain increment and rotation between two mechanical configurations. This method has been proved more efficient than the standard procedure in terms of stress profiles of bended beam. We also developed the enhanced version of Laue-DIC. By using the term “enhanced”, we mean that we attempt to obtain both lattice matrices and calibration parameters of two configurations rather than solely the elastic strain increment and rotation from peaks' displacements.Aside from the formulation of Laue-DIC, we also developed a procedure of statistically estimating the errors of elastic strain/stress resulted from DIC errors and calibration accuracy. We have first validated a classical noise model, Poissonian-Gaussian model, from diffraction images acquired at synchrotron radiation facility. With the noise model, we could statistically estimate the DIC errors by synthesizing artificial spots. The estimated DIC errors were further transmitted into the errors of Laue-DIC through statistical tests.
La microdiffraction Laue permet l'estimation des déformations élastiques à l'échelle du micron. La procédure d'analyse standard, bien établie, utilisée pour extraire les déformations élastiques des images de Laue est limitée par deux sources d'erreurs : la détermination de la positions des taches de Laue sur le détecteur, et la sensibilité aux paramètres de calibration du montage. Pour améliorer la procédure, nous avons développé une procédure appelée Laue-DIC qui utilise la très bonne résolution de la technique de corrélation d'images numériques (DIC). Cette méthode utilise, pour la détermination de l'incrément de déformation élastique et de rotation, le déplacement des pics entre deux configurations mécaniques, estimé par DIC, au lieu de leur position. Nous montrons que cette méthode donne un profil de contrainte en meilleur accord avec les solutions analytiques et numériques, pour des échantillons monocristallins déformés en flexion 4-points. Nous proposons également une méthode Laue-DIC améliorée, dans laquelle les paramètres de calibration sont estimés à chaque point de mesure, simultanément à la déformation élastique.En parallèle à la formulation de la méthode Laue-DIC (améliorée), nos efforts ont porté sur l'estimation de l'incertitude obtenue sur les déformations élastiques. Nous avons développé un modèle de bruit pour les images de Laue mesurées en rayonnement synchrotron, qui a été validé sur des séries de données, et qui nous a permis d'estimer les erreurs statistiques de la DIC, à partir d'images de Laue synthétiques. Ces erreurs ont ensuite été propagées dans la méthode Laue-DIC afin d'estimer les incertitudes sur les déformations élastiques, que l'on trouve en bon accord avec la fluctuation des contraintes locales estimées.
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Cite

Fengguo Zhang. Determination of the stress field in polycrystalline materials by Laue microdiffraction. Materials. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2015. English. ⟨NNT : 2015ENAM0020⟩. ⟨tel-01337609⟩
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