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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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