Brevet FR2179479A1 — publié le 19731123

La résente in'onction concerne d'une manière générale les techriques de photoElasticimErrie util:sées pour l'examen des contraintes mcaniques, et elle a plus particulièrement pour objet un procédé de visualisation des lignes isostatiques ou des lignes de cisaillement maximum, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Les lignes isostatiques sont des enveloppes des directions des contraintes principales. Ce sont les lignes de champ des contraintes principales, et elles forment deux familles de courbes, partout orthogonales entre elles. Tout contour libre d'une pièce soumise a des contraintes planes est confondu avec. une isostatique. Les lignes de cisaillement maximum sont constituées par deux familles de courbes orthogonales, coupant les isostatiques à 450. On sait que les techniques de photoélasticimétrie consistent essentiellement à observer en lumière polarisée les biréfringences accidentelles qui apparaissent dans un matériau photoélastique sous charge. On distingue deux groupes de.techniques classiques, suivant que l'on examine par transmission une maquette de la structure réelle, réalisée en un matériau transparent convenable, ou que l'on applique un film en matériau photoélastique à la surface de la structure réelle et que l'on examine par réflexion ce film, soumis aux memes efforts que la surface de la structure. En faisant varier le plan de polarisation de la lumière par rapport au matériau observé, maquette ou film photoélastique, on peut visualiser différents réseaux de lignes isoclines, et c'est à partir de ces réseaux que l'on peut ensuite définir les isostatiques, ou les lignes de cisaillement maximum. La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant directement la visualisation des isostatiques ou des lignes de cisaillement maximum par transmission ou réflexion en faisant exploitation des phénomènes de moiré entre différents réseaux d'isoclines. En fait, on connait déjà des procédés ou des dispositifs permettant d'obtenir directement, par des photographies successives superposées, une visualisation des lignes isostatiques ou des lignes de cisaillement maximum, en évitant le tracé long et fastidieux, point par point, à partir des réseaux de lignes isoclines, dans le cas de l'examen par transmission d'une maquette en maté riau transparent placEe entre un polariseur et un analyseur. On dispose alors, contre la maquette examinée, une trame, de prEfé- rence à maille carrée, dont les traits sont parallèles aux plans de polarisation croisés d'un polariseur et d'un analyseur. Le polariseur, la trame et l'analyseur constituent un ensemble rotatif par rapport à la maquette examinée.On prend alors des photographies successives avec le meme temps de pose et après rotation, chaque fois d'un même angle, entre l'ensemble polariseur-trameanalyseur, et la maquette a superposition des images de la trame ainsi obtenues et modulées par les familles successives d'isoclines, provoque des phénomènes de moiré, qui font apparattre deux familles de deux courbes orthogonales, qui correspondent précisément aux lignes de cisaillement maximum. Le même procédé, appliqué en disposant les traits de la trame å 450 des plans de polarisation du polariseur et de l'analyseur permet la visualisation directe des isostatiques. Malgré ses avantages, l'exploitation pratique de ce procédé est restée freinée par des difficultés de réglage du dispositif et des conditions opératoires. De plus, cette technique n'a pu etre adaptée, jusqu'à ce jour, a l'examen de structures réelles revêtues d'un film ou revetement de matériau photoélastique, avec réflexion du faisceau de lumière polarisée .sur cette structure. Dans ce cas, il est impossible d'obtenir les lignes de cisaillement maximum, ou les lignes isostatiques, en plaçant la trame, d'une maniere analogue, contre la surface de la structure réelle observée. Un premier obstacle vient de ce que le faisceau lumineux, astreint à traverser deux fois la trame, est trop fortement atténué. De plus, l'image de la trame formée par rapport à la surface réfléchissante de la structure observée crée des moirés supplémentaires qui viennent brouiller les images. Enfin, l'application d'une trame sur une surface non plane est fréquemment impossible en pratique. La présente inyention propose un procédé et un dispositif, qui permettent d'éviter des inconvénients et d'obtenir la visualisation directe des isostatiques ou des lignes de cisaillement maximum, mieux que dans les techniques antérieures et même dans l'observation des structures réelles. L'invention est, également,applicable avec profit, à la variante dans laquelle on observe, par transissiont une maquette réalisée en matériau photoélastique transparent. Dans un procédé selon l'invention pour la visualisation des lignes de cisaillement maximum ou des isostatiques par observation en lumière polarisée des biréfringences accidentelles apparaissant dans un matériau photoélastique, on superpose des images de moiré successives obtenues en observant simultanément le matériau et une trame ê traits parallèles au plan de polarisation de la lumière par les lignes de cisaillement maximum, ou a 45 degrés de celui-ci pour les isostatiques, pour différentes orientations successives du plan de polarisation et l'on constitue ladite trame en formant dans un mème plan que le matériau observé, une image optique réelle d'une trame objet distante du matériau. Selon un mode de mise en oeuvre applicable l'observation des structures réelles, -ledit matériau est constitué par un film photoélastique observé par réflexion de la lumière sur une couche réfléchissante sous-jacente et l'image optique réelle de trame est formée dans le plan de la couche réfléchissante. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après et à l'examen des dessins annexés qui illustrent, a titre seulement d'exemples, quelques modes de réalisation du procédé et du dispositif qui font l'objet de l'invention. La figure I représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, pour l'observation de structures réelles en lumière polarisée avec réflexion la figure Ia représente schématiquement une variante du dispositif de la figure I pour l'observation d'une maquette par transmission du faisceau de lumière polarisée la figure 2 représente une autre variante de réalisation du dispositif de la figure I la figure 3 représente schématiquement une car-tographie de lignes de cisaillement maximum obtenue par le procédé de visualisation selon l'invention la figure 4 représente de même une cartographie d'isostatiques les figures 5a et 5b illustrent l'application du procédé suivant l'invention a la mise au point d'un profil de pièce mécanique. Le dispositif, représenté sur la figure I, est utilisé pour l'observation d'une structure I, sur laquelle on a déposé une couche réfléchissante 2, puis un vernis photoélastique formant un film transparent 3. Le dispositif comporte, d'un même coté par rapport à cette structure, une source lumineuse 4 et une plaque photographique 5,recevant l'image de la source réfléchie sous un angle d'incidence faible sur la structure I, ou plus précisément, par la couche réfléchissante. Sur le trajet optique défini entre la source, la structure et la plaque photographique par des lentilles L1, L2 ; L3 et L4, sont disposés deux polariseurs dont les plans de polarisation sont croisés, et qui constituent respectivement le polariseur proprement dit 6, entre la source et la structure observée, et l'analyseur 7, entre cette structure et la plaque photographique. La source 4 est au foyer de la lentille L4 pour éclairer la structure par un faisceau de lumière parallèle. Les lentilles L2 et L3 focalisent la lumière sur le polariseur 6 et la lentille L1 focalise la lumière réfléchie sur l'analyseur 7, avant l'objectif 8 de l'appareil photographique comportant la plaque 5. Une trame 10 est disposée sur le trajet lumineux, perpendiculairement à l'axe optique, avant la lentille convergente L3 Cette trame est montée dans un support dont la position sur l'axe optique peut être réglée de manière qu'elle se trouve en un point conjugué de la couche réfléchissante 2 par rapport au système optique des lentilles L2 et L3. Par ailleurs, la trame est orientée, de manière que ses traits soient parallèles et perpendiculaires au plan de polarisation de la lumière après le polariseur, ou à 45 degrés de ce plan, suivant que l'on désire obtenir les lignes de cisaillement maximum, ou les lignes isostatiques de la structure observée. Il est enfin possible de faire tourner le plan de polarisation de la lumière, par rapport à la structure 1 supposée rester fixe, en provoquant une rotation en synchronisme du polariseur 6, de l'analyseur 7 et de la trame 10, autour de l'axe optique. Le dispositif de la figure Ia ne diffère de celui de la figure I que par le fait que les deux faisceaux du polariseur 6 et de l'analyseur 7' sont dans le prolongement'l'un de l'autre, la maquette examinée 1' étant taillée dans une plaque de résine transparente photoélastique et ne comportant pas de couche réfléchissante 2 ni ae film 3 de vernis photoélastique. Le fonctionne went de ce dispositif de la figure Ia est par ailleurs identique a celui de la figure 1. Dans la variante de la figure 2, un miroir 11, permet de replier le trajet optique una première fois avant le polariseur, pour diminuer l'encombrement de l'ensemble. Dans l'emploi du dispositif décrit pour la visualisation des lignes de cisaillement maximum, ou des isostatiques, on règle l'orientation de la trame de manière que ses traits soient paral lèles et perpendiculaires aux plans de polarisation croisés du polariseur et de l'analyseur, suivant le cas. On règle ensuite sa position sur l'axe optique de manière realiser une image réelle de la trame sur la couche réfléchissante 2 de la structure 1, en amenant cette image réelle a se confondre avec son image virtuelle par rapport a la couche réfléchissante. Enfin, on met au point l'appareil photographique sur cette couche réfléchissante. On réalise alors sur une moere plaque plusieurs enregistrements photographiques successifs, avec des temps de pose égaux, en faisant tourner à chaque fois l'ensemble polariseur-trameanalyseur d'un même angle, égal a 9O0/n si n est le nombre d'images photographiées, n étant avantageusement compris entre 3 et- 14 et de préférence de l'ordre de 9 à 12. Chaque image est une image de la trame modulée par le réseau d'isoclines pour le plan de polarisation correspondant. La charge appliquée a la structure est assez faible pour que les isochromes autres que les isochromes d'ordre zéro soient éliminés.La superposition des moirés successifs obtenus par la combinaison de ces images fournit directement une visualisation de lignes de contrainte maximum, comme illustré par la figure 3. En procédant de la mEme manière, mais en orientant les traits de la trame a 45 degrés des plans de polarisation du polariseur et de l'analyseur, on obtient les isostatiques comme représenté sur la figure 4. Des cartographies telles que celles qui sont très schématiquement représentées sur les figures.3 et 4 sont obtenues en observant un morceau de poutre sous charge, notamment dans les conditions suivantes Pellicule : AGFA-GEVAERT, planfilm SCIENTIA 23 D 56 ; révélateur METINOL : 1 mn 30 s ; fixateur ACIDOFIX : 4 mn. Pose : 14 s par inclinaison angles de 90, soit 10 positions. trame : GFA-GEVT de contact positive grise, 100 lignes par pouce. Lampe : spectrale Hg, 250 W, avec filtre interférentiel à 4561 A. Focales : toutes identiques, à 80 cm. Champ : 150 mm de diamètre. La visualisation des isostatiques est utilisable en particulier pour mettre au point le profil de pièces mécaniques en fonction de leur destination. On rectifie progressivement le profil, par usinage, jusqu'à ce que les bords libres suivent le tracé d'isostatiques. Cette rectification est illustrée par les figures 5a (avant rectification) et 5b (après rectification) dans la mise au point d'un profil de voile de poulie. La rotation du polariseur, de la trame et de l'analyseur, et leur positionnement pour chaque enregistrement photographique, peuvent être effectués manuellement ou automatiquement. On peut également effectuer la rotation de manière continue et faire fonctionner la source lumineuse par intermittence, à inter valves de temps réguliers, par exemple avec un flash électronique au passage des inclinaisons désirées ou éventuellement en faisant varier l'intensité progressivement selon une loi de variation alternative. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites ci-dessus et l'on pourra y apporter toutes variantes, à la portée de l'home de l'art, sans sortir du cadre du présent brevet. REYENDICASIONS 1.- Procédé de visualisation des lignes de cisaillement maximum ou des isostatiques par observation en lumière polarisée des biréfringences accidentelles apparaissant dans un matériau photoélastique, caractérisé en ce que l'on superpose des images de moiré successives obtenues en observant simultanément le matériau et une trame ê traits parallèles au plan de polarisation de la lu mière pour les lignes de cisaillement maximum, ou a 45 degrés de celui-ci, pour les isostatiques, pour différentes orientations successives du plan de polarisation et en ce que l'on constitue ladite trame en formant dans un meme plan que le matériau observé, une image optique réelle d'une trame objet distante du matériau. 2.- Procédé selon la revendication 1, -caractérisé en ce que ledit matériau est constitué par un film photoélastique observe par réflexion de la lumière sur une couche réfléchissante sousjacente et en ce que l'image optique réelle de trame est formée dans le plan de la couche réfléchissante 3.- Dispositif de visualisation des lignes de cisaillement maximum ou des isostatiques par observation en lumière polarisée des biréfringences accidentelles apparaissant dans un matériau photoélastique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens définissant un trajet optique entre une source lumineuse, un matériau photoélastique a observer et un appareil d'enregistrement des images dudit matériau, -un polariseur et un analyseur respectivement disposés sur le trajet optique entre la source et le matériau et entre le matériau et l'appareil d'enregistrement, une trame objet associée a au moins une lentille convergente pour former dans un même plan que le matériau observé une image réelle de la trame, et des moyens de rotation synchronisés du polariseur, de llanaly- seur et de la trame par rapport a l'axe du trajet optique. 4.- Dispositif selon la revendication 3, -caractérisé en ce que la trame objet est disposée entre la source et le polariseur. 5.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la trame objet est montée sur un support réglable en position sur l'axe du trajet optique. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 a 5, caractérisé en ce que la trame est une trame a mailles carrées.