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Mise au point du dispositif à barre de pression d'Hopkinson divisée (BPHD)

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par Larbi Gueraiche
Université de M'sila - Magister 2008
  

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N° d'ordre:

UNIVERSITE DE M'SILA
FACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES DE L'INGENIORAT
Département de génie mécanique

MEMOIRE

Présenté pour l'obtention du diplôme de Magistère
Spécialité : Génie mécanique
Option : Construction mécanique

Par

Gueraïcfie Larbi

SUJET

MISE AU POINT DU DISPOSITIF À BARRE DE PRESSION
D'HOPKINSON DIVISEE (BPHD)

Soutenu publiquement le: 13/01/2008 devant le jury composé de :

N. BOUAOUADJA Pr. Université de Sétif Président

H. OSMANI Pr. Université de Sétif Rapporteur

N. BOUZIT Pr. Université de Sétif Co-Encadreur

Y. BENARIOUA Pr. Université de M'sila Examinateur

N.LAOUAR MC. Université de Sétif Examinateur

Dr. C. FARSI MACC. Université de M'sila Examinateur

AVANT PROPOS

Louange au seigneur unique; le clément et le miséricordieux que grâce à lui en primauté que ce travail a pu sortir à la lumière.

Ce travail a été réalisé au laboratoire des matériaux non métalliques (LMNM) au département d'optique et mécanique de précision. Je tiens ainsi à remercier Demagh NACERDINE et Bouaouadja NOUREDDINE, respectivement chef du département d'O.M.P et directeur de LMNM, pour leur accueil et la confiance qu'ils m'ont accordée.

Ce travail doit énormément à monsieur Hocine OSMANI, professeur de l'université Ferhat Abbas de Sétif en optique et mécanique de précision, à lui que j'exprime ma profonde gratitude de m'avoir accueilli à LMNM. Je le remercie aussi pour sa participation au financement de ce sujet, sa disponibilité, ses conseils précieux et constants, sa confiance et ses encouragements.

J'exprime ma particulière reconnaissance à monsieur Bouzit NACERDINE, maître des conférences au département de l'électronique pour sa disponibilité et pour le matériel mis sous ma responsabilité au sein de son laboratoire d'instrumentation pendant la réalisation de la carte d'interface et de l'acquisition des signaux.

Je remercie également monsieur Ramzi OTHMAN, maître des conférences à l'école centrale de Nantes pour les nombreuses discussions en ligne, surtout ceux qui concernent le choix du matériau des barres.

Je tiens à signaler la collaboration intime de monsieur Mostfaï, directeur générale de l'unité moule le long de la réalisation du dispositif en question, à lui que j'exprime ma profonde reconnaissance. Je n'oublie pas à adresser un salut particulier aux opérateurs de son unité pour leur assistance technique.

Je suis très reconnaissant aux enseignants Saï AHMED, Felkaoui AHMED, Manallah FAYCAL, Faria KOUIDAR et Bouzid SAÏD pour leurs précieuses directives.

Je remercie Monsieur Bouaouadja NOUREDDINE, d'avoir accepté de présider le jury d'examen. Je remercie également messieurs Younes BENARIOUA, Naâmane LAOUAR et Farsi CHAOUKI d'avoir bien voulu examiner mon travail.

J'adresse mes sincères remerciements à Monsieur Hacène BAHRI, technicien de LMNM pour sa disponibilité, serviabilité et gentillesse. Le staff de l'atelier de génie mécanique de M'sila: ELMAKKI, MOHAMMED et MOURAD, trouve aussi l'expression de ma profonde gratitude.

Je tiens à remercier mes copains de chambre à la résidence d'Elbaz-Sétif: ISHAK, MOHAMMED, AYOUB, BILAL, HICHEM et BOUBAKAR, avec lesquels j'ai partagé d'agréables moments pendant mon stage à LMNM.

Je suis très reconnaissant à Saadi FOUAD pour le bon accueil et soutien lors de la rédaction finale du mémoire.

Gueraiche HAMID trouve l'expression de ma profonde gratitude pour sa serviabilité, disponibilité et soutien constant.

Que dieu bénit les frères WALID, OTHMANE, SAID, RACHID, NASSIM, ISSAM, ABD ELATIF et ZIDANE pour leur aide précieuse.

Je n'oublie pas à remercier le staff des enseignants qui m'ont assuré la formation de la poste graduation. Je tiens aussi à exprimer ma profonde gratitude à monsieur ZAOUI, chef de département de génie mécanique à l'université de M'sila pour son aide précieuse.

J'adresse mes amitiés à mes collègues de poste graduation surtout à Meddah MUSTAPHA, Belhocine ABD ELGHANI, Hamrit FARAH et Rabah BOUBAAYA.

Enfin, j'exprime mes sincères remerciements à tous ceux qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail.

A tout unificateur dans le monde ;

A mes chers parents que je dois toute ma gratitude ;

A mes frères Lâalmi, amar et Said

A mes soeurs ;

A la famille GUERAICHE ;

A mes collègues de poste graduation ;

A tous ceux qui me sont chers en dieu ;

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE

CHAPITRE I: EVOLUTION DE LA TECHNIQUE DE LA BARRE
D'HOPKINSON

I.1 Introduction 1

I.2 Histoire de développement de la barre d'HOPKINSON 1

I.3 Récents secteurs de recherche 4

CHAPITRE II: THEORIE DE LA BARRE DE PRESSION DE HOPKINSON
DIVISEE (BPHD)

II.1 Introduction 5

II.2 Equation différentielle fondamentale de la propagation d'onde 5

II.3 Résolution de l'équation de propagation de l'onde de contrainte 7

II.4 Développement des équations régissant le spécimen 8

II.5 Approches de validité de l'essai BPHD 11

II.6 Conception des spécimens pour l'essai BPHD 14

II.6.1 Effets d'inertie et de frottement 14

II.6.2 Equilibre de contrainte, contrainte uniaxiale et formation d'impulsion 15

II.6.3 Autres considérations 16

II.6.3.1 Considérations spéciales pour les matériaux doux 16

CHAPITRE III: ANALYSE SPECTRALE DE L'ONDE

III.1 Introduction 19

III.1.1 Transformée de Fourier et la FFT 19

III.1.2 Propagation d'onde dans le domaine de fréquence 24

III.1.3 Equations d'onde 26

III.2 Méthodes de correction de la dispersion et de l'atténuation 27

III.2.1 Méthodes analytiques 27

III.2.2 Méthodes expérimentales 29

III.2.2.1 Théorie derrière la méthode expérimentale 29

III.2.2.2 Détermination expérimentale du coefficient de propagation 31

III.3 Conclusion 33

CHAPITRE IV: CONCEPTION ET REALISATION DU DISPOSITIF

IV. 1 Méthode de conception du dispositif 34

V. 1.1 Fonction totale 34

IV. 1.2 Fonctions partielles 34

IV.1.3 Cahier des charges 34

IV.I.4 Variantes proposées 35

IV.I.5 Evaluation et décision 37

IV.I.5.1 Choix des barres 37

IV.I.5.2 Propulsion du projectile 39

IV.I.5.2. 1 Système de déclenchement 39

IV.I. 5.3 Instrumentation associée à BPHD et acquisition des données 38

IV.I.5.4 Calcul de la vitesse d'impact 45

IV.I.6 Schéma technique du dispositif 45

IV.I.7 Principe de fonctionnement 46

IV.2 Résultats 47

IV.2. 1 Commande de l'électrovanne et de la pompe à vide sous VC++ 49

IV.2. 1.1 Compatibilité avec XP 49

IV.2.1 Analyse des données 53

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

ANNEXE A
ANNEXE B

INTRODUCTION GENERALE

La conception des structures est basée presque seulement sur des données matérielles sous forme de tableaux, habituellement sous forme de courbes contrainte- déformation recueillies en déformant le spécimen très lentement. Les conceptions optimales exigent des tables précises et complètes pour les matériaux examinés sous une variété de conditions.

Ce sujet s'inscrit dans le cadre de la continuité des travaux entamés en ingéniorat sur les barres d'Hopkinson pour l'extension des essais, de caractérisation mécanique à LMNM, aux vitesses de déformation élevées allant de 102 à 104 S-1. Le but de ce travail n'est pas d'examiner des matériaux aux taux élevés de déformation. Plutôt, c'est de mettre au point un dispositif d'essai de compression à barre de pression d'Hopkinson divisée (BPHD) assisté par PC qui satisfait ce besoin.

Le premier chapitre est inclus comme une carte chronologique du développement de l'appareil à barres d'Hopkinson. Une approche ligne de temps est prise pour récapituler les avancements principaux menant à l'arrangement actuel de l'appareil en question. On décrit l'histoire d'évolution de la technique des barres de Hopkinson ainsi que les récents secteurs de recherche.

Le deuxième chapitre est dédié à l'analyse conventionnelle de la technique à barre de pression d'Hopkinson divisée. Ainsi, On rapporte la résolution de l'équation de l'onde de contrainte uniaxiale et les équations régissant le spécimen tout en satisfaisant les approches de validité de la technique. Les exigences sur la conception des spécimens et quelques considérations spéciales pour les matériaux doux sont aussi étudiées.

L'analyse spectrale de l'onde pour corriger la dispersion et l'atténuation fait l'objet du troisième chapitre.

Le quatrième chapitre est consacré à la conception et la réalisation du dispositif (BPHD), l'instrumentation associée, la commande par PC et au traitement informatique des données de l'essai à barre de pression d'Hopkinson divisée.

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La Quadrature du Net