Digital Image Correlation pour la caractérisation des matériaux
Par Sofie Verstraete
Les méthodes traditionnelles pour mesurer les étirements dans un matériau sont un extensomètre ou des jauges de contrainte. Ces méthodes peuvent mesurer la déformation de manière très précise et fiable à l'endroit et dans la direction où elles sont appliquées. Une technique plus avancée, Digital Image Correlation (DIC), peut être utilisée pour effectuer une mesure de déformation "full-field". Le motif de distorsion de tout l'échantillon peut être mappé. Avec cette technique, il est également possible de mesurer des déformations dans des directions transversales, de sorte que le coefficient de Poisson peut être calculé.
Principe Digital Image Correlation
Digital Image Correlation (DIC) est une méthode d'analyse d'image sans contact, basée sur des valeurs de gris numériques. Les affichages peuvent être mesurés dans un champ 2D en utilisant 1 caméra, ou dans un champ 3D en utilisant une 2ème caméra. Pour effectuer une mesure dans le champ 2D, il est important que la caméra soit orientée perpendiculairement à l'échantillon, car les déplacements hors du plan ne peuvent pas être mesurés.
Le principe de cette technique de mesure est basé sur le suivi d'un point qui était précédemment appliqué à l'échantillon à tester. Ces points sont placés sur la partie de l'éprouvette à examiner. Le motif de points lui-même doit être aussi aléatoire que possible et couvrir environ 50% de la surface pour obtenir une mesure précise.
Pendant la mesure, toute la surface à tester sera divisée en différents sous-ensembles, chacun contenant un motif de points unique. Avant d'appliquer le déplacement, une image de référence est d'abord prise. Dans cette image de référence, le centre sera défini pour chaque sous-ensemble. Lors de la déformation, des images sont prises séquentiellement de l'échantillon. Une fois la mesure terminée, ces images sont toujours comparées à l'image de référence.
Chaque pixel d'un sous-ensemble reçoit une valeur numérique dans la mémoire, en fonction de la valeur de gris. Ensuite, un algorithme de corrélation est utilisé pour trouver ce même sous-ensemble dans l'image déformée.
Une fois que le sous-ensemble a été trouvé dans l'image déformée, les emplacements des centres sont comparés. A partir de ces déplacements, un vecteur de déplacement peut être défini pour chaque sous-ensemble. En utilisant la méthode des éléments finis, les déformations locales peuvent alors être déterminées à partir de ce vecteur de déplacement en utilisant 3 points.
Applications DIC
L'application de la corrélation d'images numériques pour un essai de traction montre principalement sa valeur ajoutée lors de l'utilisation de matériaux plus tendres. Lors de l'utilisation d'un extensomètre dans une application où une constriction se produit, la présence physique de l'extensomètre pourrait influencer le comportement du matériau et ainsi un résultat erroné pourrait également être obtenu. En utilisant une mesure sans contact dans cette application, l'allongement à la surface de l'échantillon à tester peut être mesuré pendant tout le test.
En plus de l'utilisation du DIC dans les essais de traction ou de compression standard, il peut également être utilisé dans d'autres applications. Le motif de speckle peut être appliqué à de nombreuses géométries, ce qui augmente considérablement la gamme d'applications. Un exemple de ceci est l'application d'un test de cisaillement avec entaille en V (Iosipechu) pour déterminer l'allongement au cisaillement d'un matériau.
