Brevet FR3152624A1 — publié le 20250307

Procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce (10) mécanique soumise à une sollicitation mécanique, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) mesurer des déplacements de ladite pièce selon les différentes directions x, y et z de l’espace sur une zone déterminée de la pièce, par stéréo-corrélation d’images ; puis, les étapes suivantes étant mises en œuvre par ordinateur, b) calculer des déformations de la pièce sur ladite zone déterminée, à partir des déplacements mesurés ; c) représenter, dans un repère, une distribution des déformations définies selon la direction y en fonction des déformations définies selon la direction x ; d) déterminer une aire de la distribution des déformations représentée ; e) déterminer une orientation préférentielle de la distribution des déformations représentée ; et f) comparer l’aire de la distribution et/ou l’orientation préférentielle déterminées précédemment avec des éléments de référence pour déterminer si ladite pièce est endommagée. Figure pour l’abrégé : Figure 1 PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION D’UN ENDOMMAGEMENT D’UNE PIÈCE MÉCANIQUE À PARTIR DE MESURES DE DÉPLACEMENTS PAR STÉRÉO-CORRÉLATION D’IMAGES NUMÉRIQUES ET DISPOSITIF ASSOCIÉ Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce mécanique soumise à une sollicitation mécanique, à partir de données obtenues par stéréo-corrélation d’images numériques. L’invention concerne également un dispositif permettant de mettre en œuvre ce procédé. Arrière-plan technologique La stéréo-corrélation d’images numériques est une technique connue qui permet une mesure de champs cinématiques comme les champs de déplacements ou de déformations. Cette technique consiste à mettre en correspondance deux images numériques d’une surface 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 et leur ressemblance mesurée. C’est une technique de contrôle surfacique non-destructive. Lors de la réalisation d’essais mécaniques, il est connu d’appliquer sur la surface de pièce étudiée un mouchetis noir et blanc afin de fournir à la surface une texture suffisamment aléatoire et permettre le suivi par les caméras utilisées. Ces caméras sont généralement munies de capteurs CCD (de l’anglais charge coupled device ) dont la fréquence d’acquisition dépend des phénomènes étudiés. Il peut s’agir de quelques images par seconde à plusieurs milliers d’images par seconde pour des cas à dynamique rapide ou cyclique. La technique de stéréo-corrélation d’images numériques peut être utilisée lors d’un essai mécanique, par exemple statique. Cet essai peut être un test de caractérisation des propriétés des matériaux ou une vérification de la qualité du matériau. Elle peut aussi être utilisée pour des essais 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 statique. 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’un matériau composite de décohésions de fibres vis-à-vis de la matrice 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, l’analyse des déformations dans le sens de la sollicitation mécanique est regardée afin d’en déduire des valeurs limites de déformations à la surface de la pièce mécanique. Cependant, les résultats obtenus sont soumis à interprétation car aucun indicateur ne permet de différencier la fin d’une zone dite saine des matériaux et la transition vers un état « endommagé ». De plus, même en sachant qu’un endommagement des matériaux de la pièce est présent, il est parfois difficile de clairement identifier la direction privilégiée de la sollicitation, que ce soit la direction des fibres pour un matériau composite ou que ce soit la striction d’un matériau métallique. Cette direction est un facteur important à connaître afin de vérifier que l’essai réalisé sollicite bien les directions ou zones que l’on souhaite effectivement étudier lors de l’essai. Aussi, un objectif de l’invention est de proposer un procédé amélioré de détermination d’un endommagement durant un essai mécanique amélioré. Un autre objectif de l’invention est de proposer un procédé pour identifier une ou des directions privilégiées d’un endommagement durant un essai mécanique. Il est donc proposé un procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce mécanique soumise à une sollicitation mécanique, le procédé comportant les étapes suivantes : a) mesurer les déplacements de la pièce mécanique selon les différentes directions x, y et z de l’espace sur une zone déterminée de la pièce, par stéréo-corrélation d’images ; puis, les étapes suivantes étant mises en œuvre par ordinateur, b) calculer des déformations de la pièce sur la zone déterminée, à partir des déplacements mesurés à l’étape a) ; c) représenter, dans un repère, une distribution des déformations définies selon la direction y en fonction des déformations définies selon la direction x ; d) déterminer une aire de la distribution des déformations représentée à l’étape c) ; e) déterminer une orientation préférentielle de la distribution des déformations représentée ; et f) comparer l’aire de la distribution et/ou l’orientation préférentielle déterminées avec des éléments de référence pour déterminer si la pièce mécanique est endommagée. Ainsi, grâce au procédé selon l’invention, un endommagement résultant d’une sollicitation mécanique sur une pièce peut être étudié, en particulier l’orientation que cet endommagement tend à suivre au cours de la sollicitation. En effet, la mesure des déplacements par stéréo-corrélation d’images et le traitement qui s’en suit permet le suivi des déformations au cours de la sollicitation de la pièce et de pouvoir ainsi obtenir l’évolution de l’orientation de l’endommagement. Le procédé, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’aire de distribution est un polygone ; - à l’étape d), la détermination de l’aire de distribution est réalisée en temps réel ; - à l’étape d), la détermination de l’aire de distribution est réalisée à des instants prédéfinis ; - à l’étape e), l’orientation préférentielle est déterminée à partir de déformations principales ; - à l’étape e), la détermination de l’orientation préférentielle de la distribution des déformations est réalisée par régression linéaire ; - à l’étape e), la détermination de l’orientation préférentielle de la distribution des déformations est réalisée par une méthode statistique ; - la pièce mécanique est une pièce d’un aéronef, en particulier un carter de turbomachine et de préférence un carter d’une soufflante de turbomachine. L’invention concerne également un dispositif de mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce mécanique tel que décrit dans ce qui précède, comprenant : - des moyens pour mesurer des déplacements de la pièce mécanique par stéréo-corrélation d’images sur ladite zone déterminée, et - des moyens pour mettre en œuvre par ordinateur au moins les étapes b) à f). L’invention concerne également un aéronef comportant au moins un dispositif de mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce mécanique tel que décrit précédemment. 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 représente une vue schématique d’un banc d’essai comprenant une pièce mécanique et un dispositif de mise en œuvre du procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce mécanique, selon l’invention. La FIG. 2 représente une vue schématique d’une pièce mécanique, en particulier une pièce mécanique en matériau composite tissé. La FIG. 3 est un schéma-bloc du procédé de détermination d’un endommagement d’une pièce mécanique, selon l’invention. La FIG. 4 est une représentation graphique (A, B et C) d’une distribution des déformations selon la direction y en fonction des déformations selon la direction x à différents instants de l’essai mécanique. La FIG. 5 est une représentation graphique d’une distribution des déformations selon la direction y en fonction des déformations selon la direction x dont l’orientation préférentielle est déterminée. Description détaillée de l’invention La FIG. 1 représente un banc d’essai D d’une pièce mécanique 10 comportant, entre autres, 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 20 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 est réalisée grâce à 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 à des pièces mécaniques, en particulier en matériaux composites, et plus précisément composites tissés 3D. Toutefois, ces pièces mécaniques peuvent aussi être des pièces en matériaux composites tissés 2D, des pièces composites unidirectionnelles ou encore des pièces métalliques. La FIG. 2 présente une pièce mécanique 10 en matériau composite tissé 3D. Le matériau composite comporte des fibres de trames 11 et des fibres de chaînes 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 trames 11 et de chaînes 12 peuvent par exemple être de carbone, de verre ou un mélange des deux ou, de manière plus générale, d’autres types de fibres. 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 13 peut par exemple être choisie, de manière non limitative, parmi une résine thermodurcissable ou thermoplastique. Des structures tissées plus complexes peuvent aussi être utilisées lors de ces essais. Par exemple, les fibres de chaînes 12 ne sont plus limitées à un plan P de tissage mais traversent plusieurs 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 permet de déterminer l’endommagement d’une pièce 10 soumise à une sollicitation mécanique, ce procédé comportant en outre les étapes suivantes : a) mesurer des déplacements de la pièce selon les différentes directions x, y et z de l’espace sur une zone déterminée de la pièce 10, par stéréo-corrélation d’images ; puis, les étapes suivantes étant mises en œuvre par ordinateur, b) calculer des déformations de la pièce sur la zone déterminée, à partir des déplacements mesurés à l’étape a) ; c) représenter, dans un repère, une distribution des déformations définies selon la direction y en fonction des déformations définies selon la direction x ; d) déterminer une aire de la distribution des déformations représentée à l’étape b) ; e) déterminer une orientation préférentielle de la distribution des déformations représentée ; et f) comparer l’aire de la distribution et/ou l’orientation préférentielle obtenues avec des éléments de référence pour déterminer si la pièce 10 est endommagée. Les différentes étapes du procédé 100 selon l’invention sont schématisées sur la FIG. 3 et détaillées ci-après. À l’étape a), référencée 102 sur la FIG. 3 , les déplacements de la pièce 10 selon les différentes directions x, y et z de l’espace sur une zone déterminée de la pièce 10 sont mesurées par stéréo-corrélation d’images. Ces directions sont orthogonales. Le choix de la zone à observer peut être laissé libre à l’opérateur. En pratique, ces mesures sont réalisées par des caméras C munies de capteurs CCD. Après l’étape a), les mesures sont transmises à des moyens informatiques 20 aptes à mettre en œuvre les étapes suivantes. À l’étape b), référencée 104 sur la FIG. 3 , des déformations de la pièce 10 sur la zone déterminée sont calculées à partir des déplacements mesurés à l’étape 104. Les déformations sont notamment calculées à partir des champs des déplacements en x, y et z obtenus par stéréo-corrélation d’images. Ces déformations sont calculées, de manière générale, avec la formule suivante : où ε est le tenseur et U i et U j les champs des déplacements. À l’étape c), référencée 106 sur la FIG. 3 , les déformations calculées sont représentées dans un repère de sorte qu’une distribution des déformations définies selon la direction y (ε yy ) en fonction des déformations définies selon la direction x (ε xx ) soit obtenue. On notera que les déformations définies selon la direction z (ε xy ) peuvent aussi être obtenues, ces déformations représentant un cisaillement. À l’étape d), référencée 108 sur la FIG. 3 , une aire de distribution des déformations représentée à l’étape c) est déterminée. Cette détermination de l’aire de distribution peut être réalisée en temps réel ou bien être réalisée à des instants prédéfinis. Par exemple, la FIG. 4 est une représentation graphique d’une distribution des déformations définies selon la direction y en fonction des déformations définies selon la direction x de la pièce 10 à différents instants d’une sollicitation mécanique. Le graphique A de la FIG. 4 représente une distribution 30 des déformations avant le début de l’essai. Tous les points sont concentrés et l’aire de la distribution 30 est faible. Le graphique B de la FIG. 4 montre une distribution 30’ des déformations durant l’essai. Les points restent concentrés mais il peut être observé une plus grande dispersion de ces derniers par rapport à l’état initial d’avant le début de l’essai. En outre, l’aire de la distribution 30’ augmente mais reste faible. Le graphique C de la FIG. 4 montre une distribution 30’’ des déformations à un instant plus avancé de la sollicitation mécanique. À ce stade, les points apparaissent plus dispersés et l’aire de la distribution 30’’ est plus grande que sur les graphiques A et B de la FIG. 4 , signe qu’un endommagement de la pièce est apparu. Ces écarts dans la distribution peuvent être représentés par une estimation de l’aire d’un polygone 31 qui recouvre l’ensemble de la distribution des points de déformations, comme sur le graphique C de la FIG. 4 ou la FIG. 5 . En variante, non représentée, les écarts dans la distribution peuvent être représentés par une estimation de l’aire d’une structure en ellipse, en particulier dans le cadre d’une approximation de la distribution. À l’étape e), référencée 110 sur la FIG. 3 , à partir de la distribution des déformations représentée à l’étape d), une orientation préférentielle est déterminée. Cette orientation préférentielle peut être déterminée par une régression linéaire des points de déformation de la distribution des déformations définies selon la direction y (ε yy ) en fonction des déformations définies selon la direction x (ε xx ). L’orientation préférentielle peut aussi, de manière alternative, être déterminées à partir de déformations principales, par exemple une première déformation principale et une deuxième déformation principale. Ces déformations principales peuvent par exemple être déterminées à partir du cercle de Mohr. L’utilisation des déformations principales permet notamment de changer de repère et de faciliter les calculs. Une régression linéaire peut aussi être réalisée pour déterminer l’orientation préférentielle. De manière générale, l’utilisation d’une régression linéaire pour déterminer l’orientation préférentielle permet de synthétiser le résultat avec la pente comme seul paramètre. Cela permet en outre de simplifier la méthode et de réduire le temps de calcul. Pour les deux variantes évoquées, l’orientation préférentielle peut également être déterminée par une méthode statistique, en particulier basée sur les écarts-types. La FIG. 5 représente un exemple de distribution 30’’ des déformations définies selon la direction y (ε yy ) en fonction des déformations définies selon la direction x, similaire au graphique C de la FIG. 4 , pour laquelle une aire de la distribution a été déterminée et matérialisée par un polygone 31. Dans cet exemple, une orientation préférentielle 32 de la distribution 30’’ a été déterminée par une méthode statistique. Cette orientation préférentielle indique une direction dans laquelle l’endommagement de la pièce mécanique 10 tend à se propager. Dans le cas particulier où la pièce 10 est en matériau composite tissé 3D, comme décrit précédemment, la détermination de l’orientation préférentielle permet de vérifier si le matériau a été sollicité dans le sens chaînes ou le sens trame. Cette information est fondamentale pour le dimensionnement des matériaux composites. En effet, en pratique, les directions d’orientations sont choisies en fonction des futures sollicitations. Comme évoqué précédemment, en variante, des déformations principales peuvent être utilisées, notamment d’une première déformation principale en fonction d’une seconde déformation principale, toutes deux déterminées par exemple à partir du cercle de Mohr. Dans un tel cas, des représentations graphiques, non montrées ici, similaires à celles montrées aux figures 4 et 5 peuvent être obtenues et traitées de la même manière. À l’étape f), référencée 112 sur la FIG. 3 , l’aire de la distribution et/ou l’orientation préférentielle déterminées précédemment sont comparées avec des éléments de référence pour déterminer si la pièce 10 est endommagée. Ces éléments de références peuvent être des pièces d’étude ayant réalisées des essais complémentaires qui permettent de s’assurer de la qualité ou de la non-qualité volontaire de la référence. Cette comparaison permet de valider que la sollicitation mécanique appliquée correspond bien à ce qui est effectivement attendu pour la déformation et/ou l’endommagement de la pièce mécanique testée. Le procédé tel que décrit précédemment permet une amélioration de l’étude d’un endommagement lors d’une sollicitation mécanique sur une pièce. En effet, la mesure des déplacements par stéréo-corrélation d’images et le traitement qui s’en suit permet le suivi des déformations au cours de la sollicitation de la pièce et de pouvoir ainsi obtenir l’évolution de l’orientation que cet endommagement tend à suivre au cours de la sollicitation. L’invention propose également dispositif D de mise en œuvre du procédé 100 tel que décrit dans ce qui précède. Le dispositif D comprenant des moyens C pour mesurer des déplacements de la pièce 10 mécanique par stéréo-corrélation d’images sur la zone déterminée et des moyens 20 pour mettre en œuvre par ordinateur au moins les étapes b) à f). 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 d’un endommagement d’une pièce (10) mécanique soumise à une sollicitation mécanique, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) mesurer (102) des déplacements de ladite pièce (10) selon les différentes directions x, y et z de l’espace sur une zone déterminée de la pièce, par stéréo-corrélation d’images ; puis, les étapes suivantes étant mises en œuvre par ordinateur, b) calculer (104) des déformations de la pièce sur ladite zone déterminée, à partir des déplacements mesurés à l’étape a) ; c) représenter (106), dans un repère, une distribution des déformations définies selon la direction y (ε yy ) en fonction des déformations définies selon la direction x (ε xx ) ; d) déterminer (108) une aire de la distribution des déformations représentée à l’étape c) ; e) déterminer (110) une orientation préférentielle de la distribution des déformations représentée ; et f) comparer (112) l’aire de la distribution et/ou l’orientation préférentielle déterminées précédemment avec des éléments de référence pour déterminer si ladite pièce est endommagée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’aire de distribution est un polygone. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 ou, dans lequel, à l’étape d), la détermination de l’aire de distribution est réalisée en temps réel. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, à l’étape d), la détermination de l’aire de distribution est réalisée à des instants prédéfinis. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, à l’étape e), l’orientation préférentielle est déterminée à partir de déformations principales. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, à l’étape e), la détermination de l’orientation préférentielle de la distribution des déformations est réalisée par régression linéaire. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, à l’étape e), la détermination de l’orientation préférentielle de la distribution des déformations est réalisée par une méthode statistique. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la pièce (10) mécanique est une pièce d’un aéronef, en particulier un carter de turbomachine et de préférence un carter d’une soufflante de turbomachine. Dispositif (D) de mise en œuvre d’un procédé (100) selon l’une quelconques des revendications 1 à 8, comprenant : - des moyens (C) pour mesurer des déplacements de la pièce (10) mécanique par stéréo-corrélation d’images sur ladite zone déterminée, et - des moyens (20) pour mettre en œuvre par ordinateur au moins les étapes b) à f). Aéronef comportant au moins un dispositif (D) selon la revendication 9.