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Essais & Simulations n°110

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Spécial Sud-Ouest : le fleuron français des essais aéronautiques

Dossier Équipements

Dossier Équipements Stéréo-corrélation d’images numériques : deux ans d’utilisations variées sur les essais aéronautiques DGA Techniques Aéronautiques (DGA-TA), anciennement Centre d’essais aéronautiques de Toulouse (CEAT) a pour mission d’assurer la sécurité des aéronefs grâce à des essais et des expertises dans des domaines très variés comme les essais de structure (statique, fatigue, impact) ou les essais environnementaux (climatiques, électromagnétique, agression foudre). Pour améliorer ces prestations, le CEAT s’est doté en 2009 d’un appareil de mesure par stéréo-corrélation d’images numériques (ou DIC pour Digital Image Correlation) Aramis ® produit par la société GOM. Après une période de caractérisation métrologique et de prise en main sur les essais mécaniques, ce moyen a été utilisé en tant que capteur de champs de déplacements sur d’autres plateformes d’essai. Ainsi cette technique de mesure a permis de fournir des données quantitatives jusque là inaccessibles et a permis d’ouvrir de nouveaux domaines d’études. Dans cet article, sont détaillées les expérimentations pour la caractérisation de plaques composites aux effets de la foudre et pour l’étude du comportement des voiles de parachute. Présentation succincte de la technique de mesure par stéréo-corrélation d’images numériques Du point de vue des utilisateurs industriels, la technique de mesure par stéréo-corrélation se présente sous la forme d’un capteur optique doté de deux caméras accompagné d’un logiciel de configuration et de traitement de données. Le spécimen doit être préalablement recouvert d’un motif type mouchetis. Des paires d’images successives sont prises au cours de l’essai, lors de la sollicitation de l’éprouvette. Les résultats obtenus sont, à chaque prise de vue, la forme 3D du spécimen, les champs de déplacements et des champs de déformations. Les applications typiques de cette technique sont la mesure de champs de déplacements et de déformations sur des essais de matériaux. La mesure de champ de déplacement permet par exemple de détecter, localiser, et mesurer un phénomène de cloquage sur une structure avion lors d’un essai statique de structure avion (figure 1 et 2). Les courbes de la figure 2 représentent le déplacement des trois sections (visibles sur la représentation 3D de droite) au cours d’un chargement de l’état initial (courbe du bas) à l’état final (courbe du haut). On peut observer sur la section médiane ainsi que sur la vue 3D que la peau de l’avion présente bien un relief. Ce cloquage apparaît lors du septième niveau Figure 1 : Capteur et zone de mesure sur l’aéronef Figure 2 : Résultat des mesures par DIC sur un essai statique de structure E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 6

Dossier de chargement. Ces mesures de déplacements ont permis de comprendre le comportement des mesures de contrainte sur la structure avion, qui apparaissaient au même niveau de chargement sur les essais précédents. Caractérisation métrologique du moyen de mesure Le moyen de mesure Aramis ® a été caractérisé métrologiquement à DGA-TA pour les mesures de champs de déplacements. Le mode opératoire a consisté à déplacer un objet rigide préalablement moucheté, sur la tête d’une machine à mesurer tridimensionnelle. Pour les grandes surfaces de mesure, le banc d’étalonnage était constitué d’un interféromètre laser mesurant le déplacement rectiligne d’un objet moucheté. Cette caractérisation a été menée pour l’ensemble des configurations optiques utilisées à DGA-TA (caméras rapides, objectifs, et taille de zone de prise de vue). Cela a aussi permis de déterminer certains facteurs d’influence sur la qualité de la mesure et d’améliorer le mode opératoire expérimental. Tableau 1 : Exemple d’incertitudes de mesure proposées en essai Figure 3 : Vue globale d’une installation DIC sur un essai de foudroiement À titre d’exemple, des incertitudes de mesures proposées en essai sont présentées dans le tableau 1. Ces incertitudes sont supérieures à la justesse constatée lors des étalonnages en laboratoire pour prendre en compte l’environnement de l’essai. Caractérisation de matériaux composites à l’effet direct foudre DGA-TA dispose de plusieurs générateurs de courant et de tension pour évaluer l’endommagement des systèmes avion à la foudre. Le générateur Super Dicom permet de reproduire les trois phases d’une agression foudre, dont l’onde A qui atteint 250 kA en 10 µs. Une étude sur le comportement des composites au foudroiement en fonction de leur composition, de leur protection et de l’épaisseur de la peinture nécessitait de mesurer la déflexion de la plaque juste après l’impact. Le dispositif mis en place (Cf. figure 3) consistait à filmer la face arrière de la Figure 5 : Résultats de DIC lors d’un essai de foudroiement plaque à l’aide de deux caméras rapides. Ce capteur était préalablement calibré pour que les images soient traitées par Aramis ® . Les caméras sont des caméras Photron APX de résolution 250 Kpx à 6000 images par seconde. La plaque mesurant une trentaine de centimètres de diamètre est encastrée dans un bâti d’essai. Une première phase d’essais a permis de valider la représentativité du mode de sollicitation sur des éprouvettes identiques d’aluminium de 2 mm. Différents paramètres ont été modifiés : fixations, distance entre l’électrode d’injection et l’éprouvette, polarité, etc. Les tirs étaient identiques, à (200kA±10% / 2×106A 2 .s±20%). Une fois que le mode opératoire a été validé, les essais ont permis d’évaluer des matériaux de type CFPR (Carbon Fibre Reinforced Plastic) en fonction de l’épaisseur d’une peinture aéronautique (100 ou 300 µm) et de la protection. Les protections étaient du Bronze Mesh (BM) 65g/m 2 ou de l’Expanded Aluminium Foil (EAF) 90g/m 2 . Les résultats de la DIC exploités sont principalement le déplacement d’une section de la plaque (section positionnée sur un diamètre) et le déplacement maximal du centre de la plaque (Cf figure 5). E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 7

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