Finite Element Stereo Digital Image Correlation
Stéréo Corrélation d’Images Numériques Éléments Finis
Résumé
VERTEX Project, to which this thesis belongs, aims to validate composite models by
multi-axial static tests on specimens at the level of structural details. The positioning on
this scale requires the development of both new instrumentation techniques and tools for
the test/simulation dialogue, which are at the heart of this thesis. Given the complexity
of this type of experiments, we focus here on Stereo Digital Image Correlation (SDIC )
since it yields 3D displacement fields on the surface of the specimen. However, if we stick
to conventional approaches, it is difficult to make quantitative comparisons between a
measured field and a Finite Element (FE) simulated field.
Thus, in this work, a framework is developed to make a measurement by SDIC in
the physical coordinate system based on an FE model (calibration of non-linear camera
models, FE shape measurement, FE field measurement). This method gives access to
experimental displacement fields directly expressed both in the coordinate system and
support of the FE simulation, which considerably simplifies validation.
To validate a model at the scale of structural details, the question of boundary condi-
tions is fundamental. This question is even more complex since the kinematic measurement
is limited to the visible surface. In addition to this surface measurement, it is here envi-
sioned to estimate the boundary conditions in the thickness of the specimen relying on a
plate/shell-like model (classic or volume). Different approaches are considered depending
on the confidence giving to this model.
This methodology is implemented in an academic software and is applied to synthetic
tests. The development of a dedicated instrumentation also allowed the analysis of tests
performed on the VERTEX bench.
Le projet VERTEX, dans lequel s’inscrivent ces travaux, a pour objectif de valider des
modèles composites par essais statiques multi-axiaux sur des éprouvettes à l’échelle des
détails structuraux. Le positionnement à cette échelle nécessite de développer de nouveaux
outils d’instrumentation et de dialogue essais/calculs, qui sont au cœur de cette thèse.
Compte-tenu de la complexité de ce type d’essai, nous nous intéressons ici à la Stéréo
Corrélation d’Images Numériques (SCIN ) puisqu’elle permet d’accéder à un champ de
déplacement 3D à la surface du spécimen. Néanmoins, si l’on s’en tient à des approches
classiques, il est difficile de faire une comparaison quantitative entre un champ mesuré et
un champ simulé par Éléments Finis (EF ).
Ainsi dans ce travail, un formalisme est développé pour réaliser une mesure par SCIN
dans l’espace physique en se basant sur un modèle EF (calibration de modèles non-
linéaires de caméra, mesure de forme EF, mesure de champs EF ). Cette méthode donne
accès à un champ de déplacement expérimental directement exprimé dans le repère et sur
le support EF de la simulation, ce qui simplifie considérablement la validation.
Pour valider un modèle à l’échelle des détails structuraux, la question des conditions
aux limites est fondamentale. Cette question est d’autant plus complexe que la mesure
cinématique se limite à la surface visible. En plus de cette mesure surfacique, il est envisagé
ici d’estimer les conditions aux limites dans l’épaisseur en s’appuyant sur un modèle de
type plaque/coque (classique ou volumique) et en y accordant plus ou moins de confiance
(approches régularisée ou intégrée dans tout ou partie de l’éprouvette).
La méthodologie est implémentée dans un logiciel académique et est appliquée sur des
essais synthétiques. Une instrumentation adaptée au banc VERTEX a également permis
l’analyse des essais réalisés dans le projet.