The use of the Proper Generalized Decomposition with Digital Volume Correlation for the analysis of the mechanical behavior of composite materials at the micro scale

La PGD au service de la corrélation volumique pour l’analyse du comportement des composites à l’échelle micro

Luis Agnaldo Gomes Perini (1)

1 ICA - Institut Clément Ader

Measurements of displacement fields by digital volume correlation (DVC), in particular in its finite elements approach (FE-DVC), represents an attractive way for the improvement of the dialogue between tests-simulations during a mechanical design procedure. Associated with methods of 3D imaging as the micro-tomography, volumetric displacement fields can be obtained in-situ at the elementary constituent scale. The two main challenges, namely the size of the problems to be solved and the technological limitations are the subjects of this work. In the first part, the numerical method Proper Generalized Decomposition (PGD) is used to develop a new approach of DVC (PGD-DVC), allowing the reduction of the number of degrees of freedom and the computation time. The second part consists in using the algorithm PGD-DVC for the measure of the displacement field of a composite in fiberglass and epoxy resin under traction. The images are obtained by micro-tomography, allowing a refined resolution. To circumvent the problem of the lack of texture, a doping of the resin with opacifiers particles is used. Additionally, the development of a new experimental device was introduced to realize in-situ tests. In the long term, these works may allow for a better analysis of the 3D mechanical behavior of the composite at the scale of the constituents.

La mesure de champs de déplacement par corrélation d’images volumiques (CIV), en particulier dans sa déclinaison éléments finis (EF-CIV), représente aujourd’hui une voie séduisante pour l’amélioration du dialogue essai-calcul lors d’un projet mécanique. Associée à des méthodes d’imagerie 3D comme la micro-tomographie X, des champs de déplacementvolumiques peuvent être obtenus in-situ à l’échelle des constituants élémentaires. Les deux défis principaux, à savoir la taille des problèmes à résoudre et les limitations technologiques font l’objet du contenu de ce travail. Dans une première partie, la méthode Proper Generalized Decomposition (PGD) est utilisée pour développer une nouvelle approche de la CIV (PGD-CIV), permettant la réduction du nombre de degrés de liberté et du temps de calcul.La deuxième partie consiste à utiliser l’algorithme PGD-CIV pour la mesure du champ de déplacement d’un composite en fibre de verre et résine époxy soumis à la traction. Les images sont obtenues par micro-tomographie, permettant une résolution raffinée. Pour contourner le problème du manque de texture, un dopage de la résine avec un opacifiant est utilisé. En parallèle, le développement d’un nouveau dispositif expérimental a été initié afin de réaliser des essais in-situ. Ces travaux doivent permettre à terme une meilleure analyse du comportement mécanique 3D du composite à l’échelle des constituants.

Mots clés: digital volume correlation; computed tomography; composite materials; model order reduction; proper generalized decomposition

Mots clés: corrélation d'images volumiques; tomographie; matériaux composites; réduction de modèles; PGD

Domaines: Mécanique des structures [physics.class-ph]

Luis Agnaldo Gomes Perini. La PGD au service de la corrélation volumique pour l’analyse du comportement des composites à l’échelle micro. Mécanique des structures [physics.class-ph]. Université de Toulouse, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01094644⟩