Brevet FR3159694A1 — publié le 20250829

Procédé de détermination de l’endommagement d’une pièce, ledit procédé comportant les étapes : a) déterminer (101) les déplacements de ladite pièce selon les directions x, y, z sur une zone déterminée, par stéréo-corrélation d’images, b) calculer (102) les déformations selon lesdites directions, avec les données de l’étape a), c) effectuer (103) une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins deux classes, d) analyser (104) les données ainsi classifiées à l’étape c) pour déterminer si la pièce est endommagée. Figure pour l’abrégé : Figure 3 PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION DE L’ENDOMMAGEMENT D’UNE PIÈCE PAR STÉRÉO-CORRÉLATION D’IMAGES ET CLASSIFICATION EN MODE SUPERVISE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un procédé pour déterminer l’endommagement d’une pièce soumise à une sollicitation mécanique. Le procédé fait intervenir une détermination de déplacements de la pièce, par exemple par des mesures par stéréo-corrélation d’images numériques, et une classification. L’invention concerne également un dispositif pour mettre en œuvre le procédé. Arrière-plan technologique La stéréo-corrélation d’images numériques est une technique connue qui permet une mesure de champs de déplacements d’une pièce. C’est une technique de contrôle surfacique non-destructive. Pour cela, on applique sur la surface de la pièce dont on souhaite déterminer le champ de déplacement sous l’effet d’une sollicitation mécanique, un mouchetis noir et blanc afin de fournir à la surface une texture suffisamment aléatoire. On peut ainsi faire un suivi par des caméras. Ces caméras sont généralement munies de capteurs CCD (de l’anglais charge coupled device ) pour faire des suivis en dynamique avec une fréquence d’acquisition dépendant du phénomène étudié. Il peut s’agir de quelques images par seconde à plusieurs milliers d’images par seconde pour des cas à dynamique rapide ou cyclique. A partir du champ de déplacement, il est alors possible d’obtenir les déformations. Cette technique consiste en effet à mettre en correspondance deux images d’une surface de la pièce observée à deux états distincts de déformation, un état dit de référence et un état dit déformé. Chaque pixel de la première image est comparé au pixel correspondant sur la seconde image ce qui permet d’obtenir les déformations associées. La technique de stéréo-corrélation d’images numériques peut être utilisée lors d’un essai mécanique de type statique. Un essai statique peut être un essai de caractérisation des propriétés des matériaux, une vérification de la qualité du matériau, ou encore un essai de validation de la tenue mécanique de pièces mécaniques. Lors de ces essais mécaniques statiques, il est nécessaire d’arriver à statuer sur les conditions d’apparition d’un endommagement. On entend par « endommagement » toute forme de dégradation des propriétés des matériaux pouvant être liée à l’apparition de microfissures, de délaminage aux différentes échelles du matériau ou dans le cas d’une pièce en matériau composite de décohésions de fibres vis-à-vis de la matrice (résine) ou encore une rupture de fibres, par exemple au niveau d’une fibre, d’un toron, d’un plan de tissage, de plusieurs plans de tissage ou du matériau entier. Dans le cas d’un matériau métallique, il peut s’agir de microfissures entre les joints de grains ou de fissures au sein d’un monocristal par exemple. Classiquement, les déformations obtenues par stéréo-corrélation d’images numériques sont ensuite analysées dans le sens de la sollicitation mécanique afin d’en déduire des valeurs limites de déformations à la surface de la pièce. Cependant, les résultats aujourd’hui obtenus sont soumis à interprétation car aucun indicateur ne permet de différencier la fin d’une zone dite « saine » de la pièce de la transition vers un état « endommagé ». La technique de stéréo-corrélation d’images numériques peut aussi être utilisée lors d’un essai mécanique de type dynamique. Un essai dynamique est typiquement un essai de fatigue ou d’impact. Lors de ces essais dynamiques, il est également nécessaire d’arriver à statuer sur les conditions d’apparition d’un endommagement. Par exemple, lors d’un essai de fatigue, la stéréo-corrélation d’images numériques est employée pour estimer la limite de Wöhler. L’approche consiste alors à estimer l’aire de l’hystérésis en fatigue lors d’un cycle dynamique. Un objectif de l’invention est de proposer un procédé permettant une détection améliorée d’un endommagement d’une pièce soumise à une sollicitation mécanique. Il est ainsi proposé un procédé de détermination de l’endommagement d’une pièce soumise à une sollicitation mécanique, comprenant les étapes suivantes : a) déterminer les déplacements de ladite pièce selon les différentes directions x, y, z de l’espace sur une zone déterminée de celle-ci, par stéréo-corrélation d’images, b) calculer les déformations de ladite pièce selon les différentes directions de l’espace x, y, z sur ladite zone déterminée, à partir des déplacements déterminés à l’étape a), c) effectuer une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins deux classes, d) analyser les données ainsi classifiées à l’étape c) pour déterminer si la pièce est endommagée. Ainsi, grâce au procédé selon l’invention, un endommagement résultant d’une sollicitation mécanique sur une pièce peut être étudié sur la base d’un critère défini sur l’ensemble de la zone considérée, en l’occurrence un critère portant sur une classification supervisée. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ci-dessous, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : répéter une pluralité de fois au moins les étapes a), b) et c) pour définir un essai d’impact dynamique ; l’étape c) est réalisée sur au moins trois classes ; l’étape c) est réalisée sur au moins quatre classes ; l’étape c) est réalisée par une analyse par k-voisins ou par arbres de classification ; la pièce est une pièce composite comportant une résine dans laquelle sont noyées des fibres ; la pièce est une pièce de turbomachine, en particulier un carter de turbomachine et de préférence un carter de soufflante de turbomachine. L’invention concerne également un dispositif de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, comprenant : - des moyens pour déterminer des déplacements de la pièce par stéréo-corrélation d’images sur ladite zone déterminée, et - des moyens pour mettre en œuvre par ordinateur au moins l’étape c). Le dispositif selon l’invention pourra prévoir que les moyens pour mettre en œuvre par ordinateur au moins l’étape c), mettent aussi en œuvre l’étape d). L’invention concerne également un aéronef comportant au moins un dispositif selon l’invention. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : La FIG. 1 est une vue schématique d’un banc d’essai comprenant une pièce mécanique, des caméras et un dispositif de mise en œuvre du procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce selon l’invention ; La FIG. 2 représente plus précisément la surface de la pièce mécanique, en particulier une pièce mécanique en matériau composite tissé ; La FIG. 3 est une vue schématique représentant les différentes étapes du procédé selon l’invention ; La FIG. 4 représente les résultats d’une classification supervisée à deux classes, la première classe (0 ou la plus sombre) correspondant à la zone non sollicitée mécaniquement et la seconde classe (1 ou la plus claire) correspondant à une zone sollicitée mécaniquement ; La FIG. 5 représente les résultats d’une classification supervisée à trois classes, cette classification permettant en outre d’identifier plus précisément le type de sollicitation mécanique, à savoir une zone sollicitée en traction (zone gris foncé) au centre de la figure et des zones sollicitées en compression au-dessus et en-dessus de la zone en traction (zones les plus sombres), le reste étant non sollicité mécaniquement (zone la plus claire) ; La FIG. 6 représente les résultats d’une classification supervisée à quatre classes, l’ajout d’une classe supplémentaire permettant, en plus des zones non sollicitées (la plus sombre), des zones en traction (au centre, gris foncé) et des zones en compression (à droite et à gauche de la zone en traction, les plus claires), les zones endommagées (au centre de la zone en traction). Description détaillée de l’invention La FIG. 1 représente un banc d’essai D d’une pièce mécanique 10 comportant des caméras C pour l’acquisition d’images numériques par stéréo-corrélation (permet la mesure de déplacements), et un dispositif 20 muni de moyens informatiques pour mettre en œuvre le procédé de détermination d’un endommagement de la pièce mécanique tel que décrit dans ce qui suit. Un mouchetis M est, en outre, apposé à la surface de la pièce mécanique 10 pour faciliter le suivi par les caméras C. Les caméras C pour l’acquisition des images sont des caméras à capteur CCD dont la fréquence d’acquisition est de quelques images par seconde. La zone d’acquisition est éclairée par des lampes à diodes électroluminescentes. En outre, l’éclairage peut être réalisé de manière continue ou en synchronisation avec les caméras C. Dans ce qui suit, les exemples de réalisation s’intéressent plus particulièrement à des pièces en matériaux composites, et notamment à des pièces composites tissés 3D. Les pièces composites tissées 3D sont typiquement employées pour réaliser certaines pièces de turbomachine, en particulier les carters de turbomachine et plus particulièrement les carters de soufflante de turbomachine. Toutefois, ces pièces peuvent aussi être des pièces en matériaux composites tissés 2D, des pièces composites avec des fibres unidirectionnelles ou encore des pièces métalliques. La FIG. 2 présente une pièce 10 en matériau composite tissé 3D. Le matériau composite comporte un tissu formé de fibres de trame 11 et de fibres de chaîne 12 tissées les unes avec les autres sur un plan P de tissage, ou plusieurs plans de tissage superposés selon une direction d’épaisseur. Les fibres de trame 11 et de chaîne 12 peuvent par exemple être des fibres de carbone, des fibres de verre ou des fibres de kevlar®, c’est-à-dire le poly(p-phénylènetéréphtalamide). D’autres types de fibres peuvent être envisagées. En variante, les fibres de trame 11 et de chaîne 12 peuvent être une combinaison d’au moins deux fibres choisies parmi les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres de kevlar® ou autres. Ces fibres sont noyées dans une matrice 13 qui comprend un ou plusieurs polymères aptes à se rigidifier de sorte à former la pièce mécanique 10 finale. La matrice peut par exemple être choisie parmi une résine thermodurcissable ou une résine thermoplastique. Des structures tissées plus complexes peuvent aussi être utilisées lors de ces essais. Par exemple, les fibres de chaîne 12 ne sont plus limitées à un plan P de tissage mais traversent les plans du matériau. En pratique, la pièce 10 peut être une pièce mécanique d’un aéronef. En particulier, cette pièce peut être un carter de turbomachine et par exemple un carter d’une soufflante de turbomachine. Lors d’un essai mécanique, la pièce mécanique 10 est soumise à des contraintes qui peuvent entraîner des déformations de la pièce 10, voire des endommagements. Le procédé selon l’invention vise donc à déterminer l’endommagement d’une pièce soumise à une sollicitation mécanique, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) déterminer les déplacements de ladite pièce selon les différentes directions x, y, z de l’espace sur une zone déterminée de celle-ci, par stéréo-corrélation d’images, b) mettre en œuvre par ordinateur une classification des données obtenues à l’issue de l’étape a), en mode supervisé, sur au moins deux classes, c) analyser les données ainsi classifiées à l’étape b) pour déterminer si la pièce est endommagée. Les différentes étapes de ce procédé 100 sont schématisées sur la FIG. 3 . L’étape a), référencée 101 sur la FIG. 3 , permet d’obtenir les déplacements par stéréo-corrélation d’images numériques. Cette technique est bien connue de l’homme du métier. Sur le type de pièce susceptible d’être considéré dans les essais (plaque), on pourra prendre en considération U x (le déplacement selon l’axe x) et U y (le déplacement selon l’axe y). Ce n’est qu’un exemple, mais que nous conserverons pour illustrer les différents calculs susceptibles d’être opérés. L’étape b) mise en œuvre par ordinateur, référencée 102 sur la FIG. 3 , vise à calculer les déformations à partir des déplacements déterminés à l’étape a). Ceci est obtenu, de manière générale, avec la formule suivante : [Math. 1] (Eqt1) où ε ij sont les déformations (ou plus précisément les coefficients du tenseur de déformations), avec i, j des nombres entiers tels que 1 ≤ i ≤ 3 et 1 ≤ j ≤ 3 selon les trois directions (orthogonales) x, y, z de l’espace, et U i ou U j sont les champs de déplacements associés qui ont été déterminés à l’étape a). Selon notre exemple, sur le type de pièce susceptible d’être considéré dans les essais (plaque), le tenseur de déformations pourra se limiter à 3 composantes, à savoir : ε xx (déformation selon l’axe x), ε yy (déformation selon l’axe y) et γ xy (cisaillement défini selon l’axe z), voire à seulement 2 composantes : ε xx (déformation selon l’axe x), ε yy (déformation selon l’axe y) parfois. Ces calculs peuvent être effectués par le logiciel fourni avec les moyens pour mettre en œuvre l’essai ou bien être complètement effectués (recalcul) par un logiciel apte à mettre en œuvre également toutes les étapes du procédé selon l’invention. L’étape c) mise en œuvre par ordinateur, référencée 103 sur la FIG. 3 , consiste à effectuer une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins deux classes. Le mode supervisé permet de définir les classes comme on le souhaite en fonction de l’information recherchée. En mode non supervisé, il peut en effet être délicat de fournir, lors de l’étape d), une analyse mécanique correcte de la pièce testée. On peut par exemple définir deux classes à savoir une première classe « non endommagée » et une deuxième classe « endommagée ». Une classe « non endommagée » est une classe dans laquelle les données sont analysables, par exemple par l’équation (Eqt1) dans le cas où la pièce testée est une plaque. Toutes les données non analysables sont alors classées dans la classe « endommagée ». On pourra se référer à la FIG. 4 . En variante, l’étape c) mise en œuvre par ordinateur pourra consister à effectuer une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins trois classes. On peut notamment définir trois classes, par exemple une première classe « non sollicitée » (ce qui signifie que la pièce ne subit aucune déformation), une deuxième classe « sollicitée » (ce qui signifie que la pièce subit une déformation, sa nature, traction, compression, cisaillement n’étant toutefois pas distinguée) et une troisième classe « endommagée ». Cela revient à séparer la classe « non endommagée » en une sous-classe « non sollicitée » et une sous-classe « sollicitée ». On pourra se référer à la FIG. 5 . Selon une autre variante, l’étape c) mise en œuvre par ordinateur pourra consister à effectuer une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins quatre classes. On peut notamment définir quatre classes, par exemple une première classe « non sollicitée », une deuxième classe « sollicitée en compression », une troisième classe « sollicitée en traction » et une quatrième classe « endommagée ». Ici, cela permet d’obtenir des informations complémentaires portant sur la nature de la sollicitation : compression ou traction. On pourra se référer à la FIG. 6 . Selon encore une autre variante, l’étape c) mise en œuvre par ordinateur pourra consister à effectuer une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins cinq classes. On peut notamment définir cinq classes, par exemple une première classe « non sollicitée », une deuxième classe « sollicitée en compression », une troisième classe « sollicitée en traction », une quatrième classe « sollicitée en cisaillement » et une cinquième classe « endommagée ». Ici, cela permet d’obtenir des informations complémentaires portant sur la nature de la sollicitation : le cisaillement. Ainsi, si l’on définit trois classes, on pourra en variante prévoir une première « non sollicitée en traction » (ce qui couvre les cas où la pièce ne subit aucune déformation mais aussi les cas où la pièce subit une déformation, par exemple une compression ou un cisaillement), une deuxième classe « sollicitée en traction » et une troisième classe « endommagée ». L’étape c) peut être réalisée par une analyse par k-voisins ou par arbres de classification. Il s’agit ensuite, lors de l’étape d), d’analyser les données disponibles à l’issue de la classification pour conclure à un éventuel endommagement de la pièce. L’étape d) peut notamment être mise en œuvre par ordinateur. Par ailleurs, on peut effectuer un essai d’impact dynamique sur la pièce à tester. A cet effet, on répète une pluralité de fois au moins les étapes a), b) et c). On peut ensuite faire l’analyse, lors de l’étape d), de l’évolution temporelle des différentes zones de la pièce en fonction de l’évolution de leur classification. On peut alors comparer la dernière image de classification obtenue à la précédente et faire une comparaison entre les deux. Une telle comparaison permet alors de voir si on constate une discontinuité dans les données (endommagement). L’invention propose aussi un dispositif D de mise en œuvre du procédé selon l’invention, comprenant : - des moyens C pour déterminer des déplacements de la pièce par stéréo-corrélation d’images sur ladite zone déterminée, et - des moyens 20 pour mettre en œuvre par ordinateur au moins l’étape c). Avantageusement, lesdits moyens 20 permettent aussi de mettre en œuvre par ordinateur l’étape d). L’invention propose également un aéronef comportant au moins un dispositif D de mise en œuvre du procédé 100, tel que décrit précédemment. Le dispositif D est alors monté sur au moins une pièce à examiner dans l’aéronef. De la sorte, la santé matière et/ou les endommagements de la ou les pièces à examiner peuvent être examinées directement durant un vol de l’aéronef afin de détecter, dès le premier instant de leur apparition éventuelle, des déformations, fissurations et/ou endommagements et de prendre des décisions appropriées. Procédé (100) de détermination de l’endommagement d’une pièce soumise à une sollicitation mécanique, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) déterminer (101) les déplacements de ladite pièce selon les différentes directions x, y, z de l’espace sur une zone déterminée de celle-ci, par stéréo-corrélation d’images, b) calculer (102) les déformations de ladite pièce selon les différentes directions de l’espace x, y, z sur ladite zone déterminée, à partir des déplacements déterminés à l’étape a), c) mettre en œuvre par ordinateur (103) une classification des données obtenues à l’issue de l’étape b), en mode supervisé, sur au moins deux classes, d) analyser (104) les données ainsi classifiées à l’étape c) pour déterminer si la pièce est endommagée. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel on répète une pluralité de fois au moins les étapes a), b) et c) pour définir un essai d’impact dynamique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) est réalisée sur au moins trois classes. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) est réalisée sur au moins quatre classes. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) est réalisée par une analyse par k-voisins ou par arbres de classification. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce (10) est une pièce composite comportant une résine dans laquelle sont noyées des fibres. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce (10) est une pièce de turbomachine, en particulier un carter de turbomachine et de préférence un carter de soufflante de turbomachine. Dispositif (D) de mise en œuvre d’un procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant : - des moyens (C) pour déterminer des déplacements de la pièce par stéréo-corrélation d’images sur ladite zone déterminée, et - des moyens (20) pour mettre en œuvre par ordinateur au moins l’étape c). Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (20) pour mettre en œuvre par ordinateur au moins l’étape c) mettent également en œuvre l’étape d). Aéronef comportant au moins un dispositif (D) selon la revendication 8 ou 9.