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la procédé thermographique, également appelé méthode Risitano[1] Il est un mode de analyse thermique pour l'évaluation des contraintes et des dommages dans les matériaux soumis à des contraintes, notamment en acier, mis au point au 'Université de Catane. La méthode permet de déterminer la limite de fatigue et courbe de temps rapidement et économiquement durable[2][3].

histoire

En 1980, pour la première fois en Italie, à l'Université de Catania, ils ont commencé à utiliser des capteurs infrarouges thermiques (capteurs plein champ) provenant des applications spatiales, pour relier le développement de la chaleur lors des essais de fatigue matériaux avec la contrainte appliquée et le temps.

Antonino Risitano et son groupe de recherche ont commencé à développer de nouvelles méthodes[4] pour la caractérisation rapide des matériaux utilisés dans la 'génie mécanique. Ainsi, il a développé une recherche, les méthodes proposées pour Catane, que les chercheurs toujours intéressés de diverses nationalités.

Principes de fonctionnement

A la base de cette méthode est l'observation du profil de température d'un échantillon ou une pièce mécanique au cours des essais de fatigue.

Les méthodes traditionnelles, pour la caractérisation à la fatigue des matériaux, ils prennent en compte deux paramètres (stress et durée), la méthode Risitano introduit un troisième paramètre: la température. La méthode tient compte de la structure réelle et la conformation des composants mécaniques examinés, en évitant l'étude des facteurs de forme ou des effets de premier ordre qui sont souvent la partie la plus complexe et plus sujettes à des erreurs à évaluer. Des exemples de ces applications mécaniques sont les suivants: soudage[5], bras de suspension de voitures[6] et les connexions boulonnées.

procédé thermographique
image IR d'un composant mécanique (boulon en acier à haute résistance).

Essais de fatigue

La température de surface atteinte est directement corrélée à l'énergie mécanique de déformation. Dans le cas des essais de fatigue, par conséquent, l'énergie libérée sous forme de chaleur est celle qui est générée à la suite de micro-plastification, à savoir celle qui se développe au moment où commence le processus d'effondrement du matériau, étant, par rapport à cela, une très faible qui est produite en raison du phénomène classique de l'amortissement interne (élastique), en particulier aux fréquences normales d'essai (inférieure à 50 Hz).

Expérimentalement, on voit que les spécimens de fatigue invités à montrer une tendance de la température de surface dans laquelle il y a trois phases:

  1. au cours de la première phase (de fatigue oligocyclique), la température de surface de l'échantillon augmente de façon linéaire avec le nombre de cycles;
  2. dans la deuxième phase, la température se stabilise (fatigue à cycle élevé) jusqu'à ce que quelques cycles avant la rupture complète de l'échantillon;
  3. la troisième phase se caractérise par une augmentation rapide de la température (fatigue du nombre très élevé de cycles) jusqu'à la rupture.

Il est important de noter que, lors des essais de fatigue uniaxial, la pente de la partie linéaire pendant la première phase et la température de stabilisation sont des fonctions de la contrainte appliquée à l'échantillon.

La quantité de chaleur développée jusqu'à la rupture, à moins de une constante dépendant du coefficient global de transfert de chaleur (conduction, convection et rayonnement) du matériau et de la géométrie de l'éprouvette, est proportionnelle à l'intégrale de la température tout au long de la durée du test .

Pour la détermination d'une telle valeur intégrale devrait se référer aux courbes de température dans laquelle les trois phases, puis au stress des valeurs supérieures à la limite de fatigue sont tout à fait distincts. En général, on voit que le nombre de cycles de stabilisation Il est petit par rapport au nombre de cycles à l'échec , Par conséquent, nous pouvons écrire:

que dans le diagramme Dt-N décrit une hyperbole rectangulaire.

procédé thermographique
Augmentation de la qualité des paramètres de température et de l'énergie pour des tensions supérieures à la limite de la fatigue.

Par conséquent, en soumettant l'échantillon à des essais dynamiques, au moyen d'un protocole de chargement approprié, il est possible de déterminer la limite de fatigue et les couples de valeurs de contrainte-nombre de cycles à la rupture nécessaire pour construire l'ensemble de courbe de temps.

essais statiques

La méthode d'étude a été étendue dans le champ statique[7]. Le but de la méthode est d'identifier la limite de fatigue du matériau (ou de l'élément mécanique) au moyen d'un test classique de traction mono-axial, associé sondage thermique. Il va étudier l'étendue de la courbe de contrainte-déformation dans la plage qui a son extrémité supérieure, la limite d'élasticité et la façon extrême abaisser la valeur de la tension à laquelle ils commencent à des phénomènes de micro-plastification. Dans cet intervalle recherchera la limite de fatigue exploitant la pente de la variation de la courbe température-déformation.

L'observation de la première section de la caractéristique mécanique de l'échantillon peut être identifié deux phases:

  1. une première phase dans laquelle la matière est déformée élastiquement dans tous ses points;
  2. une deuxième phase dans laquelle le matériau commence à être quelque part à se déformer plastiquement.

La première étape est régie par la théorie de thermoélasticité. La tension et la température sont liés par la loi Kelvin:

après avoir pris le matériau isotrope et un état de contrainte de traction pure, la constante thermoélastique de la matière et la tension moyenne. Par conséquent, au cours de la première phase, la température assume une tendance linéaire et descendante.

procédé thermographique
ingénierie de courbe couplé au paramètre de température (thermo-mécanique caractérisation)

Au cours de la deuxième phase, avec des tensions croissantes que vous atteint des valeurs de déformation à côté de la plastification de quelques cristaux. Cette condition est accompagnée d'un dégagement de chaleur et la montée conséquente de la température. La température limite , qui est enregistré dans le premier point auquel la courbe température-déformation abandonne la tendance linéaire initiale, correspond à la valeur de tension qui, pour la même valeur de la déformation, il est indiqué sur les efforts de la courbe, à savoir la limite de fatigue .

En résumé, pour les moyennes tensions jusqu'à la valeur , la liaison de la température de tension est du type linéaire, cohérent avec le comportement thermo-élastique du matériau. Pour des valeurs supérieures à Il écarte de la linéarité et la tendance de la température de la zone de référence change la pente jusqu'à ce qu'il atteigne des valeurs positives.

Pour mener à bien ces preuves est nécessaire:

  • dans un environnement à température contrôlée et de la luminosité;
  • des capteurs infra-rouges à tous les champs de haute précision (sensibilité d'au moins 0,05 ° C);
  • vitesse d'essai sous la commande de charge appropriée (30 ÷ 60 N / s).

notes

  1. ^ (FR) Jiann-Yang Hwang et al., Thermographie essais de fatigue assistée, en Caractérisation des minéraux, métaux et matériaux, John Wiley Sons, 2012, ISBN 1118371291.
  2. ^ G. La Rosa, Risitano A. (2000) - méthodologie thermographique pour la détermination rapide de la limite de fatigue des matériaux et des composants mécaniques. International Journal of Fatigue 22.
  3. ^ Fargione G., A. Geraci, G. La Rosa, Risitano A. (2002) - détermination rapide des courbes de fatigue par la méthode thermographique. International Journal of Fatigue 24.
  4. ^ Caltabiano T., A. Geraci, Orlando M. (1984). L'analyse par la chaleur infrarouge dans des échantillons a souligné à la fatigue, le concepteur Industriale 2.
  5. ^ ÉVALUATION DE LA PROPAGATION DE FISSURES EN AVEC ÉCHANTILLONS TECHNIQUE NUMÉRO SOUDAGE ACOUSTIQUE ET THERMIQUE. http://www.gruppofrattura.it/pdf/rivista/numero12/numero_12_art_4.pdf
  6. ^ Proposition de l'utilisation des méthodes thermographiques pour le contrôle de la qualité des composants mécaniques. http://www.gruppofrattura.it/pdf/rivista/numero12/numero_12_art_4.pdf
  7. ^ Geraci A. L., G. La Rosa, Risitano A. (1995). La corrélation entre la variation thermique dans la limite essai statique et élastique de la matière en utilisant l'imagerie thermique infrarouge, SIAE 7ème Conférence internationale sur le comportement mécanique des matériaux, La Haye, Pays-Bas.

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